JP3421401B2 - 通信システム及び方法 - Google Patents
通信システム及び方法Info
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- JP3421401B2 JP3421401B2 JP24951593A JP24951593A JP3421401B2 JP 3421401 B2 JP3421401 B2 JP 3421401B2 JP 24951593 A JP24951593 A JP 24951593A JP 24951593 A JP24951593 A JP 24951593A JP 3421401 B2 JP3421401 B2 JP 3421401B2
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-
- G—PHYSICS
- G08—SIGNALLING
- G08C—TRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
- G08C19/00—Electric signal transmission systems
- G08C19/02—Electric signal transmission systems in which the signal transmitted is magnitude of current or voltage
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T137/00—Fluid handling
- Y10T137/7722—Line condition change responsive valves
- Y10T137/7758—Pilot or servo controlled
- Y10T137/7761—Electrically actuated valve
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)
- Bidirectional Digital Transmission (AREA)
- Cable Transmission Systems, Equalization Of Radio And Reduction Of Echo (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、被制御装置へ信号を伝
達し且つそれから信号を受信することができる産業上の
プロセスで使用するための通信システムと方法に関し、
特に、一対の導体上で双方向に制御システムとデジタル
的に通信もしながら、同じ一対の導体上で電力とアナロ
グの制御信号の両方を受信する新規な電空機器に関す
る。
達し且つそれから信号を受信することができる産業上の
プロセスで使用するための通信システムと方法に関し、
特に、一対の導体上で双方向に制御システムとデジタル
的に通信もしながら、同じ一対の導体上で電力とアナロ
グの制御信号の両方を受信する新規な電空機器に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】「I-to-P」トランスデューサ及びポジシ
ョナ（位置決め装置）とも呼ばれる変換器を使って、制
御信号に反応し、其の制御信号に反応してバルブまたは
同様な物の位置を変えることが産業上のシステムでは良
く知られている。これらの装置は、一対の導体を介して
4-20ミリアンペアDC信号として其れらの制御信号を受信
し且つ電力供給される事の両方を行い、更に、其の装置
の端子で通常は12ボルトDCより高くない最大電圧でその
様などんなレベルの電流でも作動できるものである。電
流と電圧の組み合わせの制限は、本来的に安全なエネル
ギー・レベルのみが存在し得る危険な場所でこれらの機
器を使用する必要性によって、時には促進される。
ョナ（位置決め装置）とも呼ばれる変換器を使って、制
御信号に反応し、其の制御信号に反応してバルブまたは
同様な物の位置を変えることが産業上のシステムでは良
く知られている。これらの装置は、一対の導体を介して
4-20ミリアンペアDC信号として其れらの制御信号を受信
し且つ電力供給される事の両方を行い、更に、其の装置
の端子で通常は12ボルトDCより高くない最大電圧でその
様などんなレベルの電流でも作動できるものである。電
流と電圧の組み合わせの制限は、本来的に安全なエネル
ギー・レベルのみが存在し得る危険な場所でこれらの機
器を使用する必要性によって、時には促進される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】これらの要件を満たす
多くの装置が存在するが、殆どは性質上アナログであ
り、他の装置からのデジタル情報を受信し、デジタル情
報をその様な他の装置に送信する能力を所有しない。従
来技術の一例であるRosemount 3311装置は、情報を一方
向に通信する一つの手段として可変周波数を一対の導体
上に重畳する。従来技術のもう一つの例は、米国特許N
o.4,633,217に開示されており、其れは情報をデジタル
で送信する。Rosemount 3311の装置と米国特許No.4,63
3,217に開示されている装置の両方はデジタル送信のみ
を行うことが出来る。其れらは4-20ミリアンペアアナロ
グ信号以外の一切の信号を受信しない。
多くの装置が存在するが、殆どは性質上アナログであ
り、他の装置からのデジタル情報を受信し、デジタル情
報をその様な他の装置に送信する能力を所有しない。従
来技術の一例であるRosemount 3311装置は、情報を一方
向に通信する一つの手段として可変周波数を一対の導体
上に重畳する。従来技術のもう一つの例は、米国特許N
o.4,633,217に開示されており、其れは情報をデジタル
で送信する。Rosemount 3311の装置と米国特許No.4,63
3,217に開示されている装置の両方はデジタル送信のみ
を行うことが出来る。其れらは4-20ミリアンペアアナロ
グ信号以外の一切の信号を受信しない。
【０００４】4-20ミリアンペア電力と制御信号を運ぶ同
じ一対の導体を介してではなく双方向通信するその他の
トランスデューサまたはポジショナ装置がある。機能を
制御するよりもむしろプロセスの状態を感知する主要な
機能を持つ多くのプロセス・トランスミッタ（送信器）
もある。これらの装置は4-20ミリアンペア電流を受信す
るよりもむしろ其れを制御し、其の多くは、同じ一対の
導体を介してデジタルで通信する。しかしながら、従来
の技術における被制御装置の何れもが、制御システムに
対して、デジタル情報を送信し、更に其れからデジタル
情報を受信しながら、電力と4-20ミリアンペア電流制御
信号を受信するただ一対の導体を利用していない。
じ一対の導体を介してではなく双方向通信するその他の
トランスデューサまたはポジショナ装置がある。機能を
制御するよりもむしろプロセスの状態を感知する主要な
機能を持つ多くのプロセス・トランスミッタ（送信器）
もある。これらの装置は4-20ミリアンペア電流を受信す
るよりもむしろ其れを制御し、其の多くは、同じ一対の
導体を介してデジタルで通信する。しかしながら、従来
の技術における被制御装置の何れもが、制御システムに
対して、デジタル情報を送信し、更に其れからデジタル
情報を受信しながら、電力と4-20ミリアンペア電流制御
信号を受信するただ一対の導体を利用していない。
【０００５】制御信号発信器は其れらの作動の通常の部
分としてただ一対の導体に於いてループ電流を制御して
いることを述べることが重要である。装置のDC端子電圧
からは独立したループ電流を制御することは、高いDCイ
ンピーダンスを持つことに等しい。その様な装置は本来
的にループ電圧の変調を可能にし、其のインターフェイ
ス回路に於ける基本的な変更無しに同様な装置と簡単に
並列設置することが出来る。しかしながら、これらの被
制御装置を使って他の装置と通信すると、その様なプロ
セスの制御システムは、送信器に存在しない新規なイン
ピーダンスの特性を必要とする。また、プロセスの制御
システムと通信する時に複数の被制御装置を並列設置す
ることは、其のインピーダンスが送信器の其れに似た物
に変更すること、或いは、切り換えることの出来ること
を必要とする。
分としてただ一対の導体に於いてループ電流を制御して
いることを述べることが重要である。装置のDC端子電圧
からは独立したループ電流を制御することは、高いDCイ
ンピーダンスを持つことに等しい。その様な装置は本来
的にループ電圧の変調を可能にし、其のインターフェイ
ス回路に於ける基本的な変更無しに同様な装置と簡単に
並列設置することが出来る。しかしながら、これらの被
制御装置を使って他の装置と通信すると、その様なプロ
セスの制御システムは、送信器に存在しない新規なイン
ピーダンスの特性を必要とする。また、プロセスの制御
システムと通信する時に複数の被制御装置を並列設置す
ることは、其のインピーダンスが送信器の其れに似た物
に変更すること、或いは、切り換えることの出来ること
を必要とする。
【０００６】トランスデューサまたはポジショナが20ミ
リアンペアのループ電流で充分に低い最大DC端子電圧を
持ち、４ミリアンペアでマイクロプロセッサ回路を作動
させるのに利用できるに充分な電力を持つ様にするため
には、其れは低い周波数で、低い、または、負のインピ
ーダンスを持たなければならない。その様な装置が一つ
または其れ以上の他の装置と両方向でデジタル的に通信
する様にするためには、其れは其の通信周波数で相対的
に高いインピーダンスを持つ必要がある。複数の周波数
成分を送信する通信信号が実質的に歪むことのない様に
するためには、其の機器のインピーダンスは其の通信周
波数帯に亙って、非常に高く、或いは、実質的にフラッ
トでなければならない。
リアンペアのループ電流で充分に低い最大DC端子電圧を
持ち、４ミリアンペアでマイクロプロセッサ回路を作動
させるのに利用できるに充分な電力を持つ様にするため
には、其れは低い周波数で、低い、または、負のインピ
ーダンスを持たなければならない。その様な装置が一つ
または其れ以上の他の装置と両方向でデジタル的に通信
する様にするためには、其れは其の通信周波数で相対的
に高いインピーダンスを持つ必要がある。複数の周波数
成分を送信する通信信号が実質的に歪むことのない様に
するためには、其の機器のインピーダンスは其の通信周
波数帯に亙って、非常に高く、或いは、実質的にフラッ
トでなければならない。
【０００７】電圧ヘッドルーム（上方空間）が、前に述
べた電圧と電流の制限の下で作動して、同じ一対の導体
に亙ってまだデジタル的に通信する様にデジタル装置を
設計する時には、重大な技術的な障害となる。マイクロ
プロセッサーは、数ミリアンペアで典型的に必要とされ
る５ボルトの電力を持つ。特に、基本的な機器の機能を
達成させるために、電空出力が駆動されなければならな
いトランスデューサとポジショナの場合には、他の回路
の電力要件も重大となり得る。
べた電圧と電流の制限の下で作動して、同じ一対の導体
に亙ってまだデジタル的に通信する様にデジタル装置を
設計する時には、重大な技術的な障害となる。マイクロ
プロセッサーは、数ミリアンペアで典型的に必要とされ
る５ボルトの電力を持つ。特に、基本的な機器の機能を
達成させるために、電空出力が駆動されなければならな
いトランスデューサとポジショナの場合には、他の回路
の電力要件も重大となり得る。
【０００８】其の装置に必要とされる全電流は４ミリア
ンペアを越えるけれども、装置その物は４ミリアンペア
ループ電流で作動する必要があり、斯くして、その様な
装置の電力供給回路では効率的な降圧電力変換を提供す
ることが必要である。降圧変換は三つの基本的な方法で
実施することが出来る。第一には線系列の調整により、
第二にはインダクタ（誘導器）の切り換えにより、或い
は第三にはコンデンサの切り換えによる。系列調整は単
純で、経費が安いが、極めて非効率的である。
ンペアを越えるけれども、装置その物は４ミリアンペア
ループ電流で作動する必要があり、斯くして、その様な
装置の電力供給回路では効率的な降圧電力変換を提供す
ることが必要である。降圧変換は三つの基本的な方法で
実施することが出来る。第一には線系列の調整により、
第二にはインダクタ（誘導器）の切り換えにより、或い
は第三にはコンデンサの切り換えによる。系列調整は単
純で、経費が安いが、極めて非効率的である。
【０００９】アナログトランスデューサは、ずっと低い
全体的な電力の要件の故に、この種の調整を実行するこ
とが出来る。インダクタの切り換えは極めて一般的であ
り、其れが全ての電圧を他のどの電圧にも実質的に変換
するのに使うことが出来るという点で多様性がある。こ
の種の変換は、好ましくなく、一般的には約85％より大
きい効率を達成することが出来ない磁気的及び電気的な
切り換えノイズを生じる。コンデンサの切り換えは、90
％以上の効率と相対的に静かな物とする事が出来るが、
整数のステップで電圧を変換するという拘束を持つ。一
例として、従来技術7660交換コンデンサ電圧変換器は、
其の入力電圧を逆転し、二倍にし又は半分にするために
だけ使うことが出来る。
全体的な電力の要件の故に、この種の調整を実行するこ
とが出来る。インダクタの切り換えは極めて一般的であ
り、其れが全ての電圧を他のどの電圧にも実質的に変換
するのに使うことが出来るという点で多様性がある。こ
の種の変換は、好ましくなく、一般的には約85％より大
きい効率を達成することが出来ない磁気的及び電気的な
切り換えノイズを生じる。コンデンサの切り換えは、90
％以上の効率と相対的に静かな物とする事が出来るが、
整数のステップで電圧を変換するという拘束を持つ。一
例として、従来技術7660交換コンデンサ電圧変換器は、
其の入力電圧を逆転し、二倍にし又は半分にするために
だけ使うことが出来る。
【００１０】変換器への10ボルト入力の要件が満足され
ず、12VDC 端子電圧の要件を越えること無くインピーダ
ンス制御と変調送信に関して充分な電圧のヘッドルーム
をまだ残すので、従来技術の５ボルトのロジック（論
理）は交換コンデンサ電圧変換を採用することが出来な
かった。
ず、12VDC 端子電圧の要件を越えること無くインピーダ
ンス制御と変調送信に関して充分な電圧のヘッドルーム
をまだ残すので、従来技術の５ボルトのロジック（論
理）は交換コンデンサ電圧変換を採用することが出来な
かった。
【００１１】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】ただ一対
の導体を介して両方向にデジタル通信をも可能にしなが
ら、トランスデューサ又はポジショナへ電力を供給する
同じ一対の導体を使うことで共通の４から２０ミリアン
ペア被制御トランスデューサ又はポジショナの適用の利
点を、本発明は保持する。
の導体を介して両方向にデジタル通信をも可能にしなが
ら、トランスデューサ又はポジショナへ電力を供給する
同じ一対の導体を使うことで共通の４から２０ミリアン
ペア被制御トランスデューサ又はポジショナの適用の利
点を、本発明は保持する。
【００１２】トランスデューサ又はポジショナは、複数
のデジタル指令を送って、被通信装置が、作動パラメー
タ（媒介変数）の変更を達成するためには何らかの方法
で物理的に取り除かれ、再度較正され、或いは、局所的
に操作される必要があろう其の作動パラメータを変更す
ることが出来る。
のデジタル指令を送って、被通信装置が、作動パラメー
タ（媒介変数）の変更を達成するためには何らかの方法
で物理的に取り除かれ、再度較正され、或いは、局所的
に操作される必要があろう其の作動パラメータを変更す
ることが出来る。
【００１３】更に、トランスデューサ又はポジショナ
は、其れ自体と其の環境についての複数の情報の事実を
同じ一対の導体に接続された他の装置へ通信することが
出来、其れによって、制御ループの一体性を改善し、幾
つかの機器の機能を成就することが出来る。
は、其れ自体と其の環境についての複数の情報の事実を
同じ一対の導体に接続された他の装置へ通信することが
出来、其れによって、制御ループの一体性を改善し、幾
つかの機器の機能を成就することが出来る。
【００１４】同じ一対の導体を利用することによって、
本発明の機器は追加の導体を設置する必要性無しに、ア
ナログ機器用の交換品として使うことが出来る。より高
い電力を受ける装置がそう出来ない類の本質的に安全な
設備で、此の機器を使うことが出来る。更に、其の装置
に電力供給する同じ一対の導体を使って、遠隔ベースで
其の回路と通信するのに、デジタル信号を使うことが出
来る。
本発明の機器は追加の導体を設置する必要性無しに、ア
ナログ機器用の交換品として使うことが出来る。より高
い電力を受ける装置がそう出来ない類の本質的に安全な
設備で、此の機器を使うことが出来る。更に、其の装置
に電力供給する同じ一対の導体を使って、遠隔ベースで
其の回路と通信するのに、デジタル信号を使うことが出
来る。
【００１５】斯くして、一対の導体を介して、プロセス
制御システムまたはその他の通信端子と言ったその他の
装置と双方向的にデジタルで通信しながら、同じ一対の
導体に亙って４から２０ミリアンペア制御信号で電力供
給され、且つ制御される新規な機器を提供することが、
本発明の一つの特徴である。
制御システムまたはその他の通信端子と言ったその他の
装置と双方向的にデジタルで通信しながら、同じ一対の
導体に亙って４から２０ミリアンペア制御信号で電力供
給され、且つ制御される新規な機器を提供することが、
本発明の一つの特徴である。
【００１６】其の通信周波数での一以上の装置との双方
向のデジタル通信用の４ミリアンペアDC制御信号用の低
いインピーダンスと相対的に高いインピーダンスとを持
つ新規な機器を提供することが、本発明の更にもう一つ
の特徴である。
向のデジタル通信用の４ミリアンペアDC制御信号用の低
いインピーダンスと相対的に高いインピーダンスとを持
つ新規な機器を提供することが、本発明の更にもう一つ
の特徴である。
【００１７】発信器の検出圧力、温度、流れ又はその他
幾つかの可変数によって制御され、其の通信機器への第
二の一対の導体上に送信される補助電流を検出すること
が出来る其の機器の一部としてある補助電流のセンサ
（検出器）を提供するのが、本発明の更にもう一つの特
徴である。此の補助信号の一つの使い方は、プロセス制
御アルゴリズム（演算規則）における被指令設定点信号
と比較されるプロセスフィードバック信号、並びに、其
の出力が圧力または位置を変更する物として電空装置の
機能を制御するのに使われるサーボ・アルゴリズムに対
する一つの設定点として使用される結果的に生じる出力
を検出することにある。第一の一対の導体に亙っての其
の装置の電力と同時に第一の一対の導体に亙ってある制
御システムまたは他の通信器の端子からのデジタル通信
の受信または発信を可能にしながら、このことが達成さ
れる。
幾つかの可変数によって制御され、其の通信機器への第
二の一対の導体上に送信される補助電流を検出すること
が出来る其の機器の一部としてある補助電流のセンサ
（検出器）を提供するのが、本発明の更にもう一つの特
徴である。此の補助信号の一つの使い方は、プロセス制
御アルゴリズム（演算規則）における被指令設定点信号
と比較されるプロセスフィードバック信号、並びに、其
の出力が圧力または位置を変更する物として電空装置の
機能を制御するのに使われるサーボ・アルゴリズムに対
する一つの設定点として使用される結果的に生じる出力
を検出することにある。第一の一対の導体に亙っての其
の装置の電力と同時に第一の一対の導体に亙ってある制
御システムまたは他の通信器の端子からのデジタル通信
の受信または発信を可能にしながら、このことが達成さ
れる。
【００１８】斯くして、制御システムまたは通信端子
と、アクチュエータを制御して其れに仕事を実施させる
遠隔の電空装置または機器との間の通信用のシステムに
して、可変アナログDC制御信号を其の遠隔装置へ送信し
て、其の遠隔装置が其のアクチュエータと選択的な仕事
を達成し、補完的なデータに関係する双方向のデジタル
的に符号化された通信信号が第一と第二の同じ一対の導
体に亙って其の機器の入力端子と制御システムまたはそ
の他の通信端子の間て送信されることになることを可能
にする様にするための制御システムと遠隔装置との間に
結合された一対の第一と第二の導体を含む上記のシステ
ムを、本発明は提供する。
と、アクチュエータを制御して其れに仕事を実施させる
遠隔の電空装置または機器との間の通信用のシステムに
して、可変アナログDC制御信号を其の遠隔装置へ送信し
て、其の遠隔装置が其のアクチュエータと選択的な仕事
を達成し、補完的なデータに関係する双方向のデジタル
的に符号化された通信信号が第一と第二の同じ一対の導
体に亙って其の機器の入力端子と制御システムまたはそ
の他の通信端子の間て送信されることになることを可能
にする様にするための制御システムと遠隔装置との間に
結合された一対の第一と第二の導体を含む上記のシステ
ムを、本発明は提供する。
【００１９】本発明は更に、デジタルとDC制御信号を使
って遠隔位置からたった二本の導体を通じて制御システ
ムまたはその他の通信端子と通信することが出来、更
に、アクチュエータを駆動することの出来る機器に関係
し、其の機器は、DC入力端子上の４から２０ミリアンペ
ア可変DCアナログ制御信号を受信するための第一と第二
の入力端子と、DC入力制御信号を受信するため、並び
に、其の入力DC制御信号の機能として其のアクチュエー
タに結合されているアクチュエータ駆動信号を発生する
ための回路手段と、其のアクチュエータからアクチュエ
ータの状態信号を受信して、其れらをデジタル信号へ変
換し、遠隔制御システムへの送信のために第一と第二の
端子、または、ただ一対の導体上の端子上のデジタル信
号を結合し、更には、同じ二本の導体を通じて遠隔制御
システムまたは端子からデジタル指令信号を受け取っ
て、其のアクチュエータに対して指令信号を発生するた
めの回路とで、構成される。
って遠隔位置からたった二本の導体を通じて制御システ
ムまたはその他の通信端子と通信することが出来、更
に、アクチュエータを駆動することの出来る機器に関係
し、其の機器は、DC入力端子上の４から２０ミリアンペ
ア可変DCアナログ制御信号を受信するための第一と第二
の入力端子と、DC入力制御信号を受信するため、並び
に、其の入力DC制御信号の機能として其のアクチュエー
タに結合されているアクチュエータ駆動信号を発生する
ための回路手段と、其のアクチュエータからアクチュエ
ータの状態信号を受信して、其れらをデジタル信号へ変
換し、遠隔制御システムへの送信のために第一と第二の
端子、または、ただ一対の導体上の端子上のデジタル信
号を結合し、更には、同じ二本の導体を通じて遠隔制御
システムまたは端子からデジタル指令信号を受け取っ
て、其のアクチュエータに対して指令信号を発生するた
めの回路とで、構成される。
【００２０】本発明はまた、第二の導体に関して第一の
導体上に電圧ＶN を持っている実質的に一定の電圧結合
点と、第一と第二の入力と出力とを持っている演算増幅
器と、ただ一対の第一と第二の導体に跨って接続され
て、第二の抵抗器R2の両端電圧を演算増幅器の第二の入
力に結合して、実質的に一定の電圧結合点で其の電圧で
変動する電圧と供給する第一と第二の直列に接続された
抵抗器R1とR2と、エミッタとコレクタとが最初の一対の
第一と第二の導体に跨って結合された状態で、ベース、
エミッタ及びコレクタを備えているトランジスタとで構
成されている電圧調整器に関係し、上記の演算増幅器は
実質的に一定の電圧結合点での電圧が下記の方程式に従
って調整されるトランジスタのベースに結合されている
ことを特徴とする。
導体上に電圧ＶN を持っている実質的に一定の電圧結合
点と、第一と第二の入力と出力とを持っている演算増幅
器と、ただ一対の第一と第二の導体に跨って接続され
て、第二の抵抗器R2の両端電圧を演算増幅器の第二の入
力に結合して、実質的に一定の電圧結合点で其の電圧で
変動する電圧と供給する第一と第二の直列に接続された
抵抗器R1とR2と、エミッタとコレクタとが最初の一対の
第一と第二の導体に跨って結合された状態で、ベース、
エミッタ及びコレクタを備えているトランジスタとで構
成されている電圧調整器に関係し、上記の演算増幅器は
実質的に一定の電圧結合点での電圧が下記の方程式に従
って調整されるトランジスタのベースに結合されている
ことを特徴とする。
【００２１】ＶN ＝ ＶR ｘ〔１＋（Ｒ1 ／Ｒ2 ）〕
本発明は更に、固定された調整DC電圧ＶREG を受信し
て、出力電圧ＶREG/2 と-VREG/2 を供給し、電力を回路
素子に提供するための交換コンデンサ電圧変換器に関係
する。
て、出力電圧ＶREG/2 と-VREG/2 を供給し、電力を回路
素子に提供するための交換コンデンサ電圧変換器に関係
する。
【００２２】発明は更に、一対の導体に提示される回路
のインピーダンスを制御するための一対の第一と第二の
導体に結合されている回路に関係し、其の回路は、第一
の入力導体と直列に結合された可変インピーダンス素子
と、其の素子が第一の信号に応答して一対の導体に第一
の受け入れ可能なインピーダンスを提示し、第二の信号
に応答して一対の導体に第二の実質的に更に高いインピ
ーダンスを提示することの出来るようにするための可変
インピーダンス素子に結合されたインピーダンス制御手
段とで構成される。
のインピーダンスを制御するための一対の第一と第二の
導体に結合されている回路に関係し、其の回路は、第一
の入力導体と直列に結合された可変インピーダンス素子
と、其の素子が第一の信号に応答して一対の導体に第一
の受け入れ可能なインピーダンスを提示し、第二の信号
に応答して一対の導体に第二の実質的に更に高いインピ
ーダンスを提示することの出来るようにするための可変
インピーダンス素子に結合されたインピーダンス制御手
段とで構成される。
【００２３】本発明のこれらの及びその他の目的は、下
記の「図面の詳細な説明」との関連で見た時に更に明確
に理解されるであろう。
記の「図面の詳細な説明」との関連で見た時に更に明確
に理解されるであろう。
【００２４】
【実施例】本発明は、基本的に遠距離からの一対の導体
に亙ってアクチュエータ装置の遠隔制御のために使われ
る。本発明はポジショナ又はトランスデューサの何れか
でありうる。ポジショナは、一次電気信号を取って其れ
を位置または運動に変える装置として定義付けられる。
此の発明が関係する工業用のシステムでは、「トランス
デューサ」（変換器）という用語は、一次信号を取って
其れを圧力と言った数量に変える装置を一般的に指す。
本発明はポジショナとトランスデューサの両方に関係す
るので、出願人は、明細書全体を通じて、簡略化のため
に「トランスデューサ」という用語を使うが、「トラン
スデューサ」という用語は、本書中で定義されるとお
り、ポジショナとトランスデューサの両方としてこの中
では使われていると理解されるものとする。
に亙ってアクチュエータ装置の遠隔制御のために使われ
る。本発明はポジショナ又はトランスデューサの何れか
でありうる。ポジショナは、一次電気信号を取って其れ
を位置または運動に変える装置として定義付けられる。
此の発明が関係する工業用のシステムでは、「トランス
デューサ」（変換器）という用語は、一次信号を取って
其れを圧力と言った数量に変える装置を一般的に指す。
本発明はポジショナとトランスデューサの両方に関係す
るので、出願人は、明細書全体を通じて、簡略化のため
に「トランスデューサ」という用語を使うが、「トラン
スデューサ」という用語は、本書中で定義されるとお
り、ポジショナとトランスデューサの両方としてこの中
では使われていると理解されるものとする。
【００２５】隔膜作動制御弁１０の平面図が図１に示さ
れている。アクチュエータ１６は弁本体１２を制御する
ロッド１４を含む。アクチュエータ１６の中の圧力は、
既知の方法で弁本体１２中の弁を位置決めするためにス
プリング（図３に概略的に図解されている）に対抗して
ロッド１４を強制的に動かす。流体圧力源１８は位置決
め装置２０を介してアクチュエータ１６に結合されて、
ロッドまたはステム１４を動かす。位置決め装置２０は
アクチュエータ１０の本体上に取り付けられ、ロッドま
たはステム１４に結合されて帰還（フィードバック）信
号を生じ、印加された信号に対する其のユニットの応答
を表示する、図２に示される帰還結合部（リンク機構）
１９を受け入れる。図３に見られる通り、４ー２０ミリ
アンペアDC信号が、一対の導体を通じて遠隔制御システ
ムから位置決め装置２０へ加えられる。信号は位置決め
装置内の手段によって変換され、供給源１８からの多か
れ少なかれの流体圧力を制御ライン２４を通じてアクチ
ュエータ１６へ結合し、ロッドまたはステム１４を動か
す。フィードバックは、次に、帰還結合部１９によって
位置決め装置へ結合されて、指令された適切な位置への
弁の移動を表示する。
れている。アクチュエータ１６は弁本体１２を制御する
ロッド１４を含む。アクチュエータ１６の中の圧力は、
既知の方法で弁本体１２中の弁を位置決めするためにス
プリング（図３に概略的に図解されている）に対抗して
ロッド１４を強制的に動かす。流体圧力源１８は位置決
め装置２０を介してアクチュエータ１６に結合されて、
ロッドまたはステム１４を動かす。位置決め装置２０は
アクチュエータ１０の本体上に取り付けられ、ロッドま
たはステム１４に結合されて帰還（フィードバック）信
号を生じ、印加された信号に対する其のユニットの応答
を表示する、図２に示される帰還結合部（リンク機構）
１９を受け入れる。図３に見られる通り、４ー２０ミリ
アンペアDC信号が、一対の導体を通じて遠隔制御システ
ムから位置決め装置２０へ加えられる。信号は位置決め
装置内の手段によって変換され、供給源１８からの多か
れ少なかれの流体圧力を制御ライン２４を通じてアクチ
ュエータ１６へ結合し、ロッドまたはステム１４を動か
す。フィードバックは、次に、帰還結合部１９によって
位置決め装置へ結合されて、指令された適切な位置への
弁の移動を表示する。
【００２６】図４Ａはその様な弁を作動させるための従
来技術のシステムを図解する。トランスデューサー３４
は、一対の導体３３を通じて遠隔制御器３２からの指令
信号を受信する。制御信号は、トランスデューサー３４
の端子への入力口で最低必要電圧を供給するに充分な電
圧を持っている、典型的には４から２０ミリアンペアDC
信号である。制御器３２が可変DC信号をトランスデュー
サ３４に送信した時に、其れはトランスデューサを作動
し、其れに引き続いて、４から２０ミリアンペアDC信号
によって指令された量だけ弁を動かす。検出器（セン
サ）３６は、制御システム３２へ結合される一対の導体
３７上に帰還信号を生じる。斯くして、トランスデュー
サ３４が指令信号に適切に応答した時に、制御器はプロ
セス帰還（フィードバック）から推断する。本書中で使
われ、本書中で展開される信号は、性質上アナログであ
り、トランスデューサ３４による制御システム３４への
他の通信を許容しない。圧力、位置、温度またはその他
の関連可変数に関する追加の作動上のデータをトランス
デューサに尋ねることが出来ることが有利であろう。
来技術のシステムを図解する。トランスデューサー３４
は、一対の導体３３を通じて遠隔制御器３２からの指令
信号を受信する。制御信号は、トランスデューサー３４
の端子への入力口で最低必要電圧を供給するに充分な電
圧を持っている、典型的には４から２０ミリアンペアDC
信号である。制御器３２が可変DC信号をトランスデュー
サ３４に送信した時に、其れはトランスデューサを作動
し、其れに引き続いて、４から２０ミリアンペアDC信号
によって指令された量だけ弁を動かす。検出器（セン
サ）３６は、制御システム３２へ結合される一対の導体
３７上に帰還信号を生じる。斯くして、トランスデュー
サ３４が指令信号に適切に応答した時に、制御器はプロ
セス帰還（フィードバック）から推断する。本書中で使
われ、本書中で展開される信号は、性質上アナログであ
り、トランスデューサ３４による制御システム３４への
他の通信を許容しない。圧力、位置、温度またはその他
の関連可変数に関する追加の作動上のデータをトランス
デューサに尋ねることが出来ることが有利であろう。
【００２７】例えば、トランスデューサの温度を知るこ
とが好ましい。トランスデューサでの流体出力圧力を知
ることも、また望ましいであろう。制御された弁を通じ
て流速を、或いは弁によって制御されている流体ライン
の圧力を知ることも望ましいかも知れない。明らかに、
その他のプロセスに関係した可変数は重要であり、其の
システムの作動中に知ることが重要であろう。
とが好ましい。トランスデューサでの流体出力圧力を知
ることも、また望ましいであろう。制御された弁を通じ
て流速を、或いは弁によって制御されている流体ライン
の圧力を知ることも望ましいかも知れない。明らかに、
その他のプロセスに関係した可変数は重要であり、其の
システムの作動中に知ることが重要であろう。
【００２８】本発明は、図４Ｂ中に図解されている回路
を使ってその様な装置を提供する。
を使ってその様な装置を提供する。
【００２９】此の回路は本質的に、図４Ａの回路と全体
的な形状が同一であるが、但し、通信回路４２がトラン
スデューサ３４に追加されて、一対のライン３５上でデ
ジタル指令信号を制御システム３２から受信して、作動
データを表示するデジタル信号を同じ一対の導体３５上
で制御システム３２へ帰すことの出来る機器４３を提供
することを例外とする。斯くして、同じ一対の導体３５
を通じて制御システムと機器４３との双方向にデジタル
通信を可能にしながらも、図４Ｂにおける回路の新規性
は共通の４から２０ミリアンペアDC制御トランスデュー
サの適用の利点を維持することである。この様に、此の
回路を使って、機器４３は、非通信装置が何らかの方法
で物理的に取り除かれ、再度較正され、或いは、局部的
に操作されて、其の結果を達成する必要がある場合に其
の作動媒介変数（パラメータ）を報告し、或いは、其の
較正及び・または形状を変更する複数のデジタル指令指
示を送信することが出来る。図４Ｂにおける回路は、ト
ランスデューサ自体と其の環境についての複数の情報デ
ータを同じ一対の導体に接続された他の装置に通信する
のに使うことが出来、其れによって、制御ループの一体
性を改善して、幾つかの機器の機能を達成する。従っ
て、図４Ａのアナログトランスデューサ３４を図4Bの機
器４３と交換することによって、機器４３は追加の導体
を設置する必要なく従来技術のアナログ機器の交換品と
して使用でき、個別に電力供給される装置では不可能な
設備で使用でき、且つが其れに電力供給する同じ一対の
導体を使って遠隔的に発生した通信を受信できる。斯く
して、図４Ｂの回路は、アクチュエータを制御して其れ
に仕事を達成させる遠隔機器４３の入力端子と制御シス
テムとの間で通信するためのシステムを提供する。シス
テムは、制御システム３２と遠隔機器４３の間に結合さ
れた単一対３３の第一と第二の導体を内蔵して、可変ア
ナログDC制御信号を機器４３へ運んで、機器４３にアク
チュエータ装置との選択的な仕事を達成させる。機器４
３は、単一対の第一と第二の導体３３に結合され、可変
アナログDC制御信号を受信し、同時に、同じ単一対の第
一と第二の導体に亙って機器入力端子と制御システムと
の間で補完的なトランスデューサのデータに関する双方
向のデジタル的に符号化された通信信号の送信を可能に
する。
的な形状が同一であるが、但し、通信回路４２がトラン
スデューサ３４に追加されて、一対のライン３５上でデ
ジタル指令信号を制御システム３２から受信して、作動
データを表示するデジタル信号を同じ一対の導体３５上
で制御システム３２へ帰すことの出来る機器４３を提供
することを例外とする。斯くして、同じ一対の導体３５
を通じて制御システムと機器４３との双方向にデジタル
通信を可能にしながらも、図４Ｂにおける回路の新規性
は共通の４から２０ミリアンペアDC制御トランスデュー
サの適用の利点を維持することである。この様に、此の
回路を使って、機器４３は、非通信装置が何らかの方法
で物理的に取り除かれ、再度較正され、或いは、局部的
に操作されて、其の結果を達成する必要がある場合に其
の作動媒介変数（パラメータ）を報告し、或いは、其の
較正及び・または形状を変更する複数のデジタル指令指
示を送信することが出来る。図４Ｂにおける回路は、ト
ランスデューサ自体と其の環境についての複数の情報デ
ータを同じ一対の導体に接続された他の装置に通信する
のに使うことが出来、其れによって、制御ループの一体
性を改善して、幾つかの機器の機能を達成する。従っ
て、図４Ａのアナログトランスデューサ３４を図4Bの機
器４３と交換することによって、機器４３は追加の導体
を設置する必要なく従来技術のアナログ機器の交換品と
して使用でき、個別に電力供給される装置では不可能な
設備で使用でき、且つが其れに電力供給する同じ一対の
導体を使って遠隔的に発生した通信を受信できる。斯く
して、図４Ｂの回路は、アクチュエータを制御して其れ
に仕事を達成させる遠隔機器４３の入力端子と制御シス
テムとの間で通信するためのシステムを提供する。シス
テムは、制御システム３２と遠隔機器４３の間に結合さ
れた単一対３３の第一と第二の導体を内蔵して、可変ア
ナログDC制御信号を機器４３へ運んで、機器４３にアク
チュエータ装置との選択的な仕事を達成させる。機器４
３は、単一対の第一と第二の導体３３に結合され、可変
アナログDC制御信号を受信し、同時に、同じ単一対の第
一と第二の導体に亙って機器入力端子と制御システムと
の間で補完的なトランスデューサのデータに関する双方
向のデジタル的に符号化された通信信号の送信を可能に
する。
【００３０】図５は、アクチュエータ３５に結合された
新規な通信機器４３のブロック図である。図５に見られ
る様に、通信機器４３は点線３４と４２内でブロック図
により表される要素（素子）を含む。二つの入力端子５
１と５２は、一対の導体３５上で４から２０ミリアンペ
アＤＣ信号を受信する機器端子を示す。トランスデュー
サ３４が、２０ミリアンペアのループ電流で受け入れ可
能なＤＣレベル又は其れ以下の端子電圧を持ち、且つ４
ミリアンペアでマイクロプロセッサ回路を作動するに使
用可能な充分な電力を持つ様にするためには、其れは低
い周波数で低い又は負のインピーダンスを持たなければ
ならない。トランスデューサが一以上の装置と両方向に
デジタル的に通信するためには、機器４２はデジタル通
信周波数で相対的に高いインピーダンスを持つ必要があ
る。更に、複数の周波数成分を運ぶデジタル通信信号が
実質的に歪められない様にするためには、通信機器４２
のインピーダンスは、其の通信周波数帯に亙って非常に
高いか又は本質的に平である必要がある。
新規な通信機器４３のブロック図である。図５に見られ
る様に、通信機器４３は点線３４と４２内でブロック図
により表される要素（素子）を含む。二つの入力端子５
１と５２は、一対の導体３５上で４から２０ミリアンペ
アＤＣ信号を受信する機器端子を示す。トランスデュー
サ３４が、２０ミリアンペアのループ電流で受け入れ可
能なＤＣレベル又は其れ以下の端子電圧を持ち、且つ４
ミリアンペアでマイクロプロセッサ回路を作動するに使
用可能な充分な電力を持つ様にするためには、其れは低
い周波数で低い又は負のインピーダンスを持たなければ
ならない。トランスデューサが一以上の装置と両方向に
デジタル的に通信するためには、機器４２はデジタル通
信周波数で相対的に高いインピーダンスを持つ必要があ
る。更に、複数の周波数成分を運ぶデジタル通信信号が
実質的に歪められない様にするためには、通信機器４２
のインピーダンスは、其の通信周波数帯に亙って非常に
高いか又は本質的に平である必要がある。
【００３１】これらの目的を満たすために、デジタル通
信用に使われる 500から5000Hzの周波数帯に亙って実質
的に高く且つ相対的に一定のインピーダンスを維持もし
ながら、25Hz未満の周波数で低いインピーダンスを維持
して、実質的な端子の電圧変動無しで４から２０ミリア
ンペアアナログ信号の変化に適応する可変インピーダン
ス・ライン・インターフェイス回路を本発明は含む。
信用に使われる 500から5000Hzの周波数帯に亙って実質
的に高く且つ相対的に一定のインピーダンスを維持もし
ながら、25Hz未満の周波数で低いインピーダンスを維持
して、実質的な端子の電圧変動無しで４から２０ミリア
ンペアアナログ信号の変化に適応する可変インピーダン
ス・ライン・インターフェイス回路を本発明は含む。
【００３２】図５においては、端子５１と５２は、一対
の導体３３によって形成された４から２０ミリアンペア
ループが接続されている通信機器４２の主要端子を含
む。可変インピーダンス要素５３は、必要インピーダン
スを維持するために機器４２によって誘引された全電流
を調整する。端子５１と５２の電圧と電流検出要素５４
をモニターするインピーダンス制御回路５７の特性は、
見かけ装置インピーダンスを決定する。通信周波数での
端子のインピーダンスがかなりの物なので、他の装置か
らの通信信号は、送受信器回路５８で簡単にライン６０
を通じて端子５１と５２の電圧をモニター及び濾過する
ことによって抽出できる。送受信器回路５８は、インピ
ーダンス制御装置５７を変調することによって簡単に情
報を送信することが出来、制御装置５７は、可変インピ
ーダンス要素５３を制御して、端子電圧と、恐らくは、
ループ電流とに影響を与える。
の導体３３によって形成された４から２０ミリアンペア
ループが接続されている通信機器４２の主要端子を含
む。可変インピーダンス要素５３は、必要インピーダン
スを維持するために機器４２によって誘引された全電流
を調整する。端子５１と５２の電圧と電流検出要素５４
をモニターするインピーダンス制御回路５７の特性は、
見かけ装置インピーダンスを決定する。通信周波数での
端子のインピーダンスがかなりの物なので、他の装置か
らの通信信号は、送受信器回路５８で簡単にライン６０
を通じて端子５１と５２の電圧をモニター及び濾過する
ことによって抽出できる。送受信器回路５８は、インピ
ーダンス制御装置５７を変調することによって簡単に情
報を送信することが出来、制御装置５７は、可変インピ
ーダンス要素５３を制御して、端子電圧と、恐らくは、
ループ電流とに影響を与える。
【００３３】電流検出要素５４は、制御パラメータとし
て使用するためのDCアナログ信号値の抽出のためにルー
プ電流をモニターするアナログ入力回路５６により追加
的に使われる。機器の追加的な機能として、アナログ入
力回路５６は一以上の検出器を、出力帰還とその他の物
理的性状としてモニターできる。デジタル通信で受信及
び作動するため、並びに回路４２の一次的機能を実施す
るために、本発明はアナログ回路５６と送受信器回路５
８に対して、並びに、電空出力駆動器回路３４に対して
インターフェイスされたマイクロプロセッサ又はマイク
ロコントローラ回路５９を組み込んでいる。マイクロコ
ントローラ５９と言った多くの従来技術のマイクロコン
トローラと、トランシーバ５８と言った送受信器とアナ
ログ入力回路は、本技術では既知であり本書中では詳細
には記述されない。加えて、トランスデューサとその帰
還検出器５０用の電空駆動器回路３４も図１に関連して
開示されている通り、本技術では既知である。
て使用するためのDCアナログ信号値の抽出のためにルー
プ電流をモニターするアナログ入力回路５６により追加
的に使われる。機器の追加的な機能として、アナログ入
力回路５６は一以上の検出器を、出力帰還とその他の物
理的性状としてモニターできる。デジタル通信で受信及
び作動するため、並びに回路４２の一次的機能を実施す
るために、本発明はアナログ回路５６と送受信器回路５
８に対して、並びに、電空出力駆動器回路３４に対して
インターフェイスされたマイクロプロセッサ又はマイク
ロコントローラ回路５９を組み込んでいる。マイクロコ
ントローラ５９と言った多くの従来技術のマイクロコン
トローラと、トランシーバ５８と言った送受信器とアナ
ログ入力回路は、本技術では既知であり本書中では詳細
には記述されない。加えて、トランスデューサとその帰
還検出器５０用の電空駆動器回路３４も図１に関連して
開示されている通り、本技術では既知である。
【００３４】可変インピーダンス装置５３は、実質的な
端子の電圧変動無しで４から２０ミリアンペアＤＣアナ
ログ信号変動に適応するために、２５Hz未満の低いイン
ピーダンスを維持し、更にはデジタル通信に使われる50
0-5000Hz周波数帯に亙っての実質的には更に高い相対的
に一定のインピーダンスをも維持する。インピーダンス
制御装置５７は可変インピーダンス５３に必要インピー
ダンス特性を提供させる。電流検出要素５４はアナログ
入力回路５６により使用され、制御パラメータ（媒介変
数）として使用されるアナログ信号値の抽出のためにル
ープ電流をモニターする。本書中で以降に見られる通
り、此の機器の追加機能として、アナログ入力回路５６
は出力帰還信号または他の物理的性状を示す信号と言っ
た類の一以上の他のセンサをモニターできる。
端子の電圧変動無しで４から２０ミリアンペアＤＣアナ
ログ信号変動に適応するために、２５Hz未満の低いイン
ピーダンスを維持し、更にはデジタル通信に使われる50
0-5000Hz周波数帯に亙っての実質的には更に高い相対的
に一定のインピーダンスをも維持する。インピーダンス
制御装置５７は可変インピーダンス５３に必要インピー
ダンス特性を提供させる。電流検出要素５４はアナログ
入力回路５６により使用され、制御パラメータ（媒介変
数）として使用されるアナログ信号値の抽出のためにル
ープ電流をモニターする。本書中で以降に見られる通
り、此の機器の追加機能として、アナログ入力回路５６
は出力帰還信号または他の物理的性状を示す信号と言っ
た類の一以上の他のセンサをモニターできる。
【００３５】電圧変換器／調節器５５は、表示された通
り制御回路用の電力を提供する。
り制御回路用の電力を提供する。
【００３６】この様に、図５に開示された本発明に含ま
れる送受信器５８は、インピーダンス制御手段５７及び
一対の導体端子５１と５２に結合されて、DC信号よりも
実質的により高い周波数で一対の導体上の制御器からデ
ジタル通信信号を受信する。
れる送受信器５８は、インピーダンス制御手段５７及び
一対の導体端子５１と５２に結合されて、DC信号よりも
実質的により高い周波数で一対の導体上の制御器からデ
ジタル通信信号を受信する。
【００３７】送受信器とマイクロコントローラ５９は、
必要に応じて直列から並列へ一対の導体上のデジタル情
報を解読、濾過、緩衝、復調、蓄積及び・又は変換する
ことが出来る。送受信器５８は、並列から直列への変換
を行うためにデジタル信号を処理すること、並びに、デ
ジタル信号をインピーダンス制御手段５７に結合するこ
とによって、デジタル情報を制御システム３２へ送信す
る。インピーダンス制御手段５７は、可変インピーダン
ス素子５３のインピーダンスを制御して、可変DCと第二
の実質的に更に高い周波数帯の両方に関して端子５１と
５２へ結合された一対の導体の端子電圧と、恐らくは、
ループ電流とに影響を与える。加えて、電流検出素子５
４は、一対の導体の内の１本と直列に結合され、電流検
出素子５４の出力に結合されたアナログ回路５６との入
力と出力とを持っていて、一対の導体からDCアナログ制
御信号を抽出して、好ましい出力信号をマイクロコント
ローラ５９へ供給する。電気導体６８は、トランスデュ
ーサ及び・又はアクチュエータの帰還信号をアナログ入
力回路５６に結合して、圧力または位置と言ったトラン
スデューサ及び・又はアクチュエータの物理的性状をモ
ニターする。マイクロコントローラ回路５９は、一対の
導体上のDCアナログ制御信号を受信し、第二の実質的に
更に高い周波数帯にて一対の導体上で受信されたデジタ
ル通信信号を演算するためにアナログ入力回路５６と送
受信器とに結合され、トランスデューサ及び・又はアク
チュエータの物理的性状とその他の情報、即ち一連番号
を表示するデジタル通信信号を一対の導体上で送信す
る。
必要に応じて直列から並列へ一対の導体上のデジタル情
報を解読、濾過、緩衝、復調、蓄積及び・又は変換する
ことが出来る。送受信器５８は、並列から直列への変換
を行うためにデジタル信号を処理すること、並びに、デ
ジタル信号をインピーダンス制御手段５７に結合するこ
とによって、デジタル情報を制御システム３２へ送信す
る。インピーダンス制御手段５７は、可変インピーダン
ス素子５３のインピーダンスを制御して、可変DCと第二
の実質的に更に高い周波数帯の両方に関して端子５１と
５２へ結合された一対の導体の端子電圧と、恐らくは、
ループ電流とに影響を与える。加えて、電流検出素子５
４は、一対の導体の内の１本と直列に結合され、電流検
出素子５４の出力に結合されたアナログ回路５６との入
力と出力とを持っていて、一対の導体からDCアナログ制
御信号を抽出して、好ましい出力信号をマイクロコント
ローラ５９へ供給する。電気導体６８は、トランスデュ
ーサ及び・又はアクチュエータの帰還信号をアナログ入
力回路５６に結合して、圧力または位置と言ったトラン
スデューサ及び・又はアクチュエータの物理的性状をモ
ニターする。マイクロコントローラ回路５９は、一対の
導体上のDCアナログ制御信号を受信し、第二の実質的に
更に高い周波数帯にて一対の導体上で受信されたデジタ
ル通信信号を演算するためにアナログ入力回路５６と送
受信器とに結合され、トランスデューサ及び・又はアク
チュエータの物理的性状とその他の情報、即ち一連番号
を表示するデジタル通信信号を一対の導体上で送信す
る。
【００３８】図６は本発明の一実施例の更に詳しい回路
を図解している。図4Bに図解された通りのコントローラ
３２からの４から２０ミリアンペアＤＣ可変アナログ信
号とデジタル信号は、一対の導体３３で入力端子５１と
５２に結合される。ライン６０上の信号は、それぞれ其
のドレーン、ソース並びにゲート端子が形成された入
力、出力及び制御端子を持っているＮチャンネルＦＥＴ
５３と言った半導体素子へ結合される。入力と出力の端
子は、端子５１に結合された導体と直列である。
を図解している。図4Bに図解された通りのコントローラ
３２からの４から２０ミリアンペアＤＣ可変アナログ信
号とデジタル信号は、一対の導体３３で入力端子５１と
５２に結合される。ライン６０上の信号は、それぞれ其
のドレーン、ソース並びにゲート端子が形成された入
力、出力及び制御端子を持っているＮチャンネルＦＥＴ
５３と言った半導体素子へ結合される。入力と出力の端
子は、端子５１に結合された導体と直列である。
【００３９】ＦＥＴ５３は、其れが適切に制御された時
に、望ましい装置のインピーダンス特性を生じることに
なる可変インピーダンス素子である。此の技術に精通し
た人なら、他の種類のトランジスターまたは半導体の組
み合わせを此の素子に置き換えることが出来ることを認
めるであろう。演算増幅器８０は、其の出力がFET ５３
の制御端子またはゲートにライン７８上で結合されて、
以降に論述される通り、好ましいインピーダンス特性を
提供する。
に、望ましい装置のインピーダンス特性を生じることに
なる可変インピーダンス素子である。此の技術に精通し
た人なら、他の種類のトランジスターまたは半導体の組
み合わせを此の素子に置き換えることが出来ることを認
めるであろう。演算増幅器８０は、其の出力がFET ５３
の制御端子またはゲートにライン７８上で結合されて、
以降に論述される通り、好ましいインピーダンス特性を
提供する。
【００４０】ＮチャンネルＦＥＴ５３の出力は、図５に
図解された電流検出素子である抵抗器５４へライン８４
上で結合される。此の電流検出素子５４は、４から２０
ミリアンペアＤＣアナログ信号の検出のためのみなら
ず、インピーダンス制御のための電流検出機能をも提供
する。代替的に、別の電流検出素子を使って、これら二
つの機能のための信号を提供することが出来る。結合点
９８での電流検出素子５４の出力は、結合点９８及び共
通の入力ライン５２との間で結合された分流調整器５５
に結合される。分流調整器５５は内部電力供給電圧調整
器である。其れは、ループ電流の全範囲に亙ってのライ
ンまたは結合点５２に関して結合点９８の処で、並び
に、他の接続された回路からの変動電流負荷を使って、
実質的に一定の電圧を提供する。制御回路に電力供給す
るためには不要なループの中を流れている全ての過剰電
流は、以降に見られる通り、此の素子によって分流され
る。此の装置の機能もまたゼナー・ダイオード、普通に
入手できる分流調整器の集積回路、トランジスター回路
または演算増幅器回路と言ったその他の一般的な回路に
よって与えることもできる。
図解された電流検出素子である抵抗器５４へライン８４
上で結合される。此の電流検出素子５４は、４から２０
ミリアンペアＤＣアナログ信号の検出のためのみなら
ず、インピーダンス制御のための電流検出機能をも提供
する。代替的に、別の電流検出素子を使って、これら二
つの機能のための信号を提供することが出来る。結合点
９８での電流検出素子５４の出力は、結合点９８及び共
通の入力ライン５２との間で結合された分流調整器５５
に結合される。分流調整器５５は内部電力供給電圧調整
器である。其れは、ループ電流の全範囲に亙ってのライ
ンまたは結合点５２に関して結合点９８の処で、並び
に、他の接続された回路からの変動電流負荷を使って、
実質的に一定の電圧を提供する。制御回路に電力供給す
るためには不要なループの中を流れている全ての過剰電
流は、以降に見られる通り、此の素子によって分流され
る。此の装置の機能もまたゼナー・ダイオード、普通に
入手できる分流調整器の集積回路、トランジスター回路
または演算増幅器回路と言ったその他の一般的な回路に
よって与えることもできる。
【００４１】インピーダンス制御回路は次の通りの構成
部品を含む：抵抗器７０と７２、コンデンサ７４、演算
増幅器８０、コンデンサ８２、抵抗器８６と８７、コン
デンサー100 、抵抗器102, 104並びに単極二方向スイッ
チ106, 108である。此の回路を理解するためには、DCま
たは定常状態の機能が、実線によって示された位置にあ
るスイッチ106, 108を使って分析される。DC分析のため
に回路からコンデンサを取り除くと、増幅器８０がＮチ
ャンネルＦＥＴ５３のゲート電圧を操作して、下記の関
係を維持することを見い出すことが出来る： V 51- V 52= V98 - V52 x R104 / (R102 + R 104 ) x 1 + (R70 / R72) 此の分析はR 70, R 72, R 102 及びR 104 の値を仮定
し、其の飽和を防止するためにＮチャンネルＦＥＴ５３
両端の充分な電圧降下を可能にするように、其の値が選
択される。
部品を含む：抵抗器７０と７２、コンデンサ７４、演算
増幅器８０、コンデンサ８２、抵抗器８６と８７、コン
デンサー100 、抵抗器102, 104並びに単極二方向スイッ
チ106, 108である。此の回路を理解するためには、DCま
たは定常状態の機能が、実線によって示された位置にあ
るスイッチ106, 108を使って分析される。DC分析のため
に回路からコンデンサを取り除くと、増幅器８０がＮチ
ャンネルＦＥＴ５３のゲート電圧を操作して、下記の関
係を維持することを見い出すことが出来る： V 51- V 52= V98 - V52 x R104 / (R102 + R 104 ) x 1 + (R70 / R72) 此の分析はR 70, R 72, R 102 及びR 104 の値を仮定
し、其の飽和を防止するためにＮチャンネルＦＥＴ５３
両端の充分な電圧降下を可能にするように、其の値が選
択される。
【００４２】此の分析は更に、装置のDC平均端子電圧が
非常に低いDCインピーダンスに等しいと考える一定とな
ることを示し、其の利点は既に前述で論述された。追加
のインピーダンス素子が既に示された回路と共に直列で
加えられる場合には、或いは、制限のあるゲイン制御素
子が使われる場合には、非ゼロDCインピーダンスが結果
的に生じるであろうと言うことを見い出すことが出来
る。
非常に低いDCインピーダンスに等しいと考える一定とな
ることを示し、其の利点は既に前述で論述された。追加
のインピーダンス素子が既に示された回路と共に直列で
加えられる場合には、或いは、制限のあるゲイン制御素
子が使われる場合には、非ゼロDCインピーダンスが結果
的に生じるであろうと言うことを見い出すことが出来
る。
【００４３】回路へのコンデンサ８２の追加により、入
力信号またはループ電流の変化に対抗する様に、インピ
ーダンス制御増幅器８０中に電流検出抵抗器５４の両端
電圧を結合するので、増大した周波数で装置のインピー
ダンスを上昇させる。更に高い周波数での装置のインピ
ーダンスに於ける此の増大は、複数の接続された装置間
のデジタル通信を容易にするために必要である。電圧調
整器５５によって引き起こされた実質的に一定の電圧と
ライン９０上の差動増幅器８０との間に結合されたコン
デンサ100 の追加、並びに、一対の導体の内の１本に結
合された入力端子５１と導体９０上の増幅器８０への入
力との間のコンデンサー７４の追加は、予め決められた
遮断周波数を上回る相対的に固定の数値にてインピーダ
ンスを一様にする。インピーダンス特性の此の一様化
は、デジタル通信周波数のために目標とされ、通信信号
の歪みを制限するのに必要である。図６に示された通
り、二つの単極の二方向スイッチ106 と108 は、非常に
低いDCインピーダンスと相対的に高い通信周波数インピ
ーダンスのある特別な特性から、周波数に拘らず一定の
高いインピーダンスまで、回路のインピーダンス特性を
変えるのに使われる。これらのスイッチは、手動で予め
設定されるが、ライン179 上と言った信号によるマイク
ロプロセッサ５９からの信号によって操作することが出
来る本技術で既知の種類の電気的スイッチとする事も出
来る。此の代替的なインピーダンス特性は、其の機器に
対して、各々によって誘引された電流が制限され、アナ
ログ信号発信手段として変更されるよりも、むしろ相対
的に一定である幾つかの他のループ電力を供給される装
置と並列に使える様にすることが必要である。
力信号またはループ電流の変化に対抗する様に、インピ
ーダンス制御増幅器８０中に電流検出抵抗器５４の両端
電圧を結合するので、増大した周波数で装置のインピー
ダンスを上昇させる。更に高い周波数での装置のインピ
ーダンスに於ける此の増大は、複数の接続された装置間
のデジタル通信を容易にするために必要である。電圧調
整器５５によって引き起こされた実質的に一定の電圧と
ライン９０上の差動増幅器８０との間に結合されたコン
デンサ100 の追加、並びに、一対の導体の内の１本に結
合された入力端子５１と導体９０上の増幅器８０への入
力との間のコンデンサー７４の追加は、予め決められた
遮断周波数を上回る相対的に固定の数値にてインピーダ
ンスを一様にする。インピーダンス特性の此の一様化
は、デジタル通信周波数のために目標とされ、通信信号
の歪みを制限するのに必要である。図６に示された通
り、二つの単極の二方向スイッチ106 と108 は、非常に
低いDCインピーダンスと相対的に高い通信周波数インピ
ーダンスのある特別な特性から、周波数に拘らず一定の
高いインピーダンスまで、回路のインピーダンス特性を
変えるのに使われる。これらのスイッチは、手動で予め
設定されるが、ライン179 上と言った信号によるマイク
ロプロセッサ５９からの信号によって操作することが出
来る本技術で既知の種類の電気的スイッチとする事も出
来る。此の代替的なインピーダンス特性は、其の機器に
対して、各々によって誘引された電流が制限され、アナ
ログ信号発信手段として変更されるよりも、むしろ相対
的に一定である幾つかの他のループ電力を供給される装
置と並列に使える様にすることが必要である。
【００４４】斯くして、ＮチャンネルＦＥＴ５３は、可
変インピーダンス素子を形成し、其のゲートがスイッチ
106, 108とを通じて其の入力信号を形成して、可変イン
ピーダンス素子５３に結合されたインピーダンス制御手
段を形成して、25Hz未満の第一の周波数範囲で端子５１
と５２に結合された一対の導体に対して最初の受け入れ
可能なインピーダンスを可変インピーダンス素子に提示
させ、500-5000Hzの第二の周波数範囲では一対の導体に
対して第二の実質的に更に高いインピーダンスを提示さ
せるために、可変インピーダンス要素５３に結合された
インピーダンス制御手段を形成するスイッチを通じて其
の入力信号を受信する差動増幅器８０に結合された状態
で、並列に結合される。直列接続の抵抗器102, 104を含
む第一の電圧分割器のネットワークは、実質的に一定の
調整済み電圧を持つ結合点９８で、端子５１と５２に跨
って接続される。第一の電圧は、結合点９８で調整済み
電圧の予め決められた部分を表示する結合点９２上で生
じさせられ、差動増幅器８０の負の入力へとスイッチ10
8 を通じて結合される。直列接続された抵抗器７０と７
２で構成される第二の電圧分割器は、入力端子５１と５
２とを跨って接続され、ＮチャンネルＦＥＴ５３のドレ
ーン端子における入力電圧の所定部分を表す結合点又は
ライン７７上の第二の電圧を生じる。結合点またはライ
ン７７上の第二の電圧は、差動増幅器８０の第二又は正
の入力に第二のスイッチ106 を介して結合される。斯く
して、制御されない入力電圧と制御された出力電圧の比
は、差動増幅器８０を駆動して、其のインピーダンスを
調整するために、ＮチャンネルＦＥＴ５３のゲートに対
してライン７８上で出力を生じる。端子５１、５２及び
ＮチャンネルＦＥＴ５３のドレーン端子に接続された一
対の導体間の電圧の変動によって引き起こされる第一の
電圧に対する第二の電圧の変動は、ＮチャンネルＦＥＴ
のインピーダンスを変動させ、一対の入力導体５１と５
２に対して低いインピーダンスを提供する。この様にし
て、ＮチャンネルＦＥＴ５３のゲート電圧は、差動増幅
器８０の出力電圧によって変動し、下記の関係を維持す
る： ＶIN = V1 x 1 + (R 70/ R 72) 此処で、ＶIN = 端子５１と５２に接続された一対の導
体上の回路に対する入力信号電圧。
変インピーダンス素子を形成し、其のゲートがスイッチ
106, 108とを通じて其の入力信号を形成して、可変イン
ピーダンス素子５３に結合されたインピーダンス制御手
段を形成して、25Hz未満の第一の周波数範囲で端子５１
と５２に結合された一対の導体に対して最初の受け入れ
可能なインピーダンスを可変インピーダンス素子に提示
させ、500-5000Hzの第二の周波数範囲では一対の導体に
対して第二の実質的に更に高いインピーダンスを提示さ
せるために、可変インピーダンス要素５３に結合された
インピーダンス制御手段を形成するスイッチを通じて其
の入力信号を受信する差動増幅器８０に結合された状態
で、並列に結合される。直列接続の抵抗器102, 104を含
む第一の電圧分割器のネットワークは、実質的に一定の
調整済み電圧を持つ結合点９８で、端子５１と５２に跨
って接続される。第一の電圧は、結合点９８で調整済み
電圧の予め決められた部分を表示する結合点９２上で生
じさせられ、差動増幅器８０の負の入力へとスイッチ10
8 を通じて結合される。直列接続された抵抗器７０と７
２で構成される第二の電圧分割器は、入力端子５１と５
２とを跨って接続され、ＮチャンネルＦＥＴ５３のドレ
ーン端子における入力電圧の所定部分を表す結合点又は
ライン７７上の第二の電圧を生じる。結合点またはライ
ン７７上の第二の電圧は、差動増幅器８０の第二又は正
の入力に第二のスイッチ106 を介して結合される。斯く
して、制御されない入力電圧と制御された出力電圧の比
は、差動増幅器８０を駆動して、其のインピーダンスを
調整するために、ＮチャンネルＦＥＴ５３のゲートに対
してライン７８上で出力を生じる。端子５１、５２及び
ＮチャンネルＦＥＴ５３のドレーン端子に接続された一
対の導体間の電圧の変動によって引き起こされる第一の
電圧に対する第二の電圧の変動は、ＮチャンネルＦＥＴ
のインピーダンスを変動させ、一対の入力導体５１と５
２に対して低いインピーダンスを提供する。この様にし
て、ＮチャンネルＦＥＴ５３のゲート電圧は、差動増幅
器８０の出力電圧によって変動し、下記の関係を維持す
る： ＶIN = V1 x 1 + (R 70/ R 72) 此処で、ＶIN = 端子５１と５２に接続された一対の導
体上の回路に対する入力信号電圧。
【００４５】V 1 = V REG 及び次の通りの直列接続され
た抵抗器102, 104で構成される第一の電圧分割器ネット
ワークによって生じさせられる第一の電圧。
た抵抗器102, 104で構成される第一の電圧分割器ネット
ワークによって生じさせられる第一の電圧。
【００４６】V 1 = V REF x R104 / (R102 + R 104 )
、並びに、ＶREG = 結合点又はライン９８上の検出素
子の出力での実質的に一定の電圧。
、並びに、ＶREG = 結合点又はライン９８上の検出素
子の出力での実質的に一定の電圧。
【００４７】スイッチ106, 108が図示された其れらの第
一の位置から第二の位置へ動かされた時に、回路４２に
よって入力端子５１と５２に高インピーダンスが与えら
れる。其の場合には、直列に結合された抵抗器８６と８
７によって形成された第三の電圧分割器は、端子５１に
結合された導体を跨っているライン又は結合点８４上の
電流検出素子への入力から第二の導体入力端子へ伸び
て、第三の電圧を生じる。スイッチ106 が、其の第二の
位置で、直列結合された抵抗器102, 104とから差動増幅
器８０の正入力へ、ライン又は結合点９２上で、第一の
電圧を結合する。
一の位置から第二の位置へ動かされた時に、回路４２に
よって入力端子５１と５２に高インピーダンスが与えら
れる。其の場合には、直列に結合された抵抗器８６と８
７によって形成された第三の電圧分割器は、端子５１に
結合された導体を跨っているライン又は結合点８４上の
電流検出素子への入力から第二の導体入力端子へ伸び
て、第三の電圧を生じる。スイッチ106 が、其の第二の
位置で、直列結合された抵抗器102, 104とから差動増幅
器８０の正入力へ、ライン又は結合点９２上で、第一の
電圧を結合する。
【００４８】ＮチャンネルＦＥＴ５３のゲートに結合さ
れているライン７８上の差動増幅器８０の出力は、今や
ＮチャンネルＦＥＴ５３をして、其の最初の特性インピ
ーダンスから第二の実質的に更に高いインピーダンス
へ、其のインピーダンスを変更させる。斯くして、既に
述べた様に、差動増幅器８０から其のゲートへと結合さ
れた電圧を持つN チャンネルFET ５３と、差動増幅器８
０に其の入力を提供する回路とは、端子５１と５２に結
合された一対の第一と第二の入力導体を跨って結合され
ているインピーダンス変形回路を形成して、端子５１と
５２上の一対の導体に与えられる回路のインピーダンス
を変化させる。
れているライン７８上の差動増幅器８０の出力は、今や
ＮチャンネルＦＥＴ５３をして、其の最初の特性インピ
ーダンスから第二の実質的に更に高いインピーダンス
へ、其のインピーダンスを変更させる。斯くして、既に
述べた様に、差動増幅器８０から其のゲートへと結合さ
れた電圧を持つN チャンネルFET ５３と、差動増幅器８
０に其の入力を提供する回路とは、端子５１と５２に結
合された一対の第一と第二の入力導体を跨って結合され
ているインピーダンス変形回路を形成して、端子５１と
５２上の一対の導体に与えられる回路のインピーダンス
を変化させる。
【００４９】送受信器回路５８は此の技術では古く、よ
く知られており、詳細には論述しない。しかしながら、
必要に応じて直列から並列の形にループ上のその他の装
置から其れに対して送られるデジタル情報を濾過、緩
衝、復調、蓄積及び・又は変換する必要がある。送受信
器回路８は、送信目的のために並列から直列への変換、
変調、波形の形成（濾過）及び・又はインピーダンス制
御回路への結合を提供することが出来る。
く知られており、詳細には論述しない。しかしながら、
必要に応じて直列から並列の形にループ上のその他の装
置から其れに対して送られるデジタル情報を濾過、緩
衝、復調、蓄積及び・又は変換する必要がある。送受信
器回路８は、送信目的のために並列から直列への変換、
変調、波形の形成（濾過）及び・又はインピーダンス制
御回路への結合を提供することが出来る。
【００５０】アナログ入力回路５６も此の技術では古
く、よく知られており、複数の有益な機能のために使う
ことが出来る。此の用途での一つの必然的な機能は、制
御システム用の主要な手段として電流検出器に跨って生
ずるループ電流をモニターして、以降に示されることに
なる圧力／位置の制御演算規則（アルゴリズム）に対し
て希望される出力値を表示することである。此のアナロ
グ入力回路５６のその他の機能は、閉鎖式ループ制御の
ために出力帰還検出器５０をモニターすること、以降に
記載される通りその他の部分的な複数のセンサーからの
電気信号をモニターすること、或いは、追加の導体を介
して外部的に接続された一以上の補助的な回路に於ける
電流または電圧をモニターすることである。
く、よく知られており、複数の有益な機能のために使う
ことが出来る。此の用途での一つの必然的な機能は、制
御システム用の主要な手段として電流検出器に跨って生
ずるループ電流をモニターして、以降に示されることに
なる圧力／位置の制御演算規則（アルゴリズム）に対し
て希望される出力値を表示することである。此のアナロ
グ入力回路５６のその他の機能は、閉鎖式ループ制御の
ために出力帰還検出器５０をモニターすること、以降に
記載される通りその他の部分的な複数のセンサーからの
電気信号をモニターすること、或いは、追加の導体を介
して外部的に接続された一以上の補助的な回路に於ける
電流または電圧をモニターすることである。
【００５１】本技術で既知の何れかの種類とする事の出
来るマイクロプロセッサ５９は、本発明の主要な制御要
素である。其れは個別の処理並びにメモリーの構成部品
を使って、或いは、単一チップのマイクロコントローラ
として実施することが出来る。一対の導体５１と５２上
でデジタル的に通信された情報を復号及び処理するこ
と、並びに、応答を含むか又はその他の装置のための要
求データを提供するデジタルメッセージを生じることが
必要とされる。マイクロプロセッサ５９は、アナログか
デジタルの何れかの情報に応答して電空出力段３４を駆
動する制御アルゴリズムを直接的に実行するか、又は其
の出力を制御するアナログまたは空気圧の装置に設定点
を単に提供しうる。複数のその他の機能もまた、自動較
正、温度補正並びに様々な制御アルゴリズムと言ったマ
イクロプロセッサによって提供することもできる。
来るマイクロプロセッサ５９は、本発明の主要な制御要
素である。其れは個別の処理並びにメモリーの構成部品
を使って、或いは、単一チップのマイクロコントローラ
として実施することが出来る。一対の導体５１と５２上
でデジタル的に通信された情報を復号及び処理するこ
と、並びに、応答を含むか又はその他の装置のための要
求データを提供するデジタルメッセージを生じることが
必要とされる。マイクロプロセッサ５９は、アナログか
デジタルの何れかの情報に応答して電空出力段３４を駆
動する制御アルゴリズムを直接的に実行するか、又は其
の出力を制御するアナログまたは空気圧の装置に設定点
を単に提供しうる。複数のその他の機能もまた、自動較
正、温度補正並びに様々な制御アルゴリズムと言ったマ
イクロプロセッサによって提供することもできる。
【００５２】図７は、デジタル信号が制御室３２によっ
て並びに其れに対して送信され、追加の一対の導体に亙
って４から２０ミリアンペアアナログDC信号を受信する
のに使うことが出来る本発明の代替的な実施例を開示し
ている。図７では、図１に図解された制御弁１０と言っ
たトランスデューサは、ステムまたはロッド１４を駆動
して弁１２の位置を制御しているアクチュエータ１６と
共に概略的に示されている。弁１２の位置変化は、ライ
ンまたはパイプ138 の中の流体の流れを変え、圧力と同
様な物と言った他の変数を変えることが出来る。制御シ
ステム３２に関連して先に記載した通り、デジタル制御
信号は一対の入力ライン130 上で端子５１と５２に送信
される。通信機器４２は、電空出力段３５に結合される
設定点信号を引き出す。段３５は、ロッド１４を動かし
て、弁１２を位置決めするアクチュエータ１６へのライ
ン２４に圧力信号を生じる。ライン２４上の圧力変化が
ユニット５０に対して帰還を生じさせるか、或いは、弁
１２の機械的な位置決めが、帰還ユニット５０に対して
装置１９によって機械的な帰還を生じさせる。其れは、
通信機器４２へのライン６８上の電気的信号へ空気圧ま
たは機械的な帰還を変換する。機器４２に於けるマイク
ロプロセッサ５９は、次に、其の信号をデジタル信号へ
変換し、一対のライン130 上で其の信号を制御システム
へ送り戻して、制御システムに新しい圧力または弁の位
置を知らせる。
て並びに其れに対して送信され、追加の一対の導体に亙
って４から２０ミリアンペアアナログDC信号を受信する
のに使うことが出来る本発明の代替的な実施例を開示し
ている。図７では、図１に図解された制御弁１０と言っ
たトランスデューサは、ステムまたはロッド１４を駆動
して弁１２の位置を制御しているアクチュエータ１６と
共に概略的に示されている。弁１２の位置変化は、ライ
ンまたはパイプ138 の中の流体の流れを変え、圧力と同
様な物と言った他の変数を変えることが出来る。制御シ
ステム３２に関連して先に記載した通り、デジタル制御
信号は一対の入力ライン130 上で端子５１と５２に送信
される。通信機器４２は、電空出力段３５に結合される
設定点信号を引き出す。段３５は、ロッド１４を動かし
て、弁１２を位置決めするアクチュエータ１６へのライ
ン２４に圧力信号を生じる。ライン２４上の圧力変化が
ユニット５０に対して帰還を生じさせるか、或いは、弁
１２の機械的な位置決めが、帰還ユニット５０に対して
装置１９によって機械的な帰還を生じさせる。其れは、
通信機器４２へのライン６８上の電気的信号へ空気圧ま
たは機械的な帰還を変換する。機器４２に於けるマイク
ロプロセッサ５９は、次に、其の信号をデジタル信号へ
変換し、一対のライン130 上で其の信号を制御システム
へ送り戻して、制御システムに新しい圧力または弁の位
置を知らせる。
【００５３】加えて、二線導体プロセス発信器140 をラ
イン138 に機械的に結合して、発信器140 に139 で結合
されたトランスデューサ137 によって圧力、温度又は同
様な物と言った第二のプロセス変数を検出する。其れは
次に、端子５１と１５へ戻されて結合されている一対の
ライン上にアナログ信号を生ずる。端子５１と１５上の
電流信号は、図８に示された通り補助電流センサー146
によって感知され、次に、図８と図９に関連してもっと
詳細に論述されることになる通り、アナログ入力回路５
６とマイクロプロセッサ５９とに結合される。マイクロ
プロセッサ５９は、次に制御室３２から設定点を読みと
り、其の装置がトランスデューサ又は位置決め装置であ
るかどうかによって圧力または位置の制御のために電空
段３４に結合されるサーボ設定点信号を生じる。
イン138 に機械的に結合して、発信器140 に139 で結合
されたトランスデューサ137 によって圧力、温度又は同
様な物と言った第二のプロセス変数を検出する。其れは
次に、端子５１と１５へ戻されて結合されている一対の
ライン上にアナログ信号を生ずる。端子５１と１５上の
電流信号は、図８に示された通り補助電流センサー146
によって感知され、次に、図８と図９に関連してもっと
詳細に論述されることになる通り、アナログ入力回路５
６とマイクロプロセッサ５９とに結合される。マイクロ
プロセッサ５９は、次に制御室３２から設定点を読みと
り、其の装置がトランスデューサ又は位置決め装置であ
るかどうかによって圧力または位置の制御のために電空
段３４に結合されるサーボ設定点信号を生じる。
【００５４】図７に於けるシステムの更なる詳細は図８
に図解されている。図８の機器は二つの端子５１と５２
を使って、機器４２から出てプロセス制御室に戻る図７
に於ける一対の導体に接続する。電力は最低電圧と電流
の形で端子５１と５２への二本の導体を通じて機器へ送
られ、デジタル信号は先に記載した通りデジタル設定点
を作り出す。電圧変換器／調整器５５は調整済み電力を
機器回路に提供する。
に図解されている。図８の機器は二つの端子５１と５２
を使って、機器４２から出てプロセス制御室に戻る図７
に於ける一対の導体に接続する。電力は最低電圧と電流
の形で端子５１と５２への二本の導体を通じて機器へ送
られ、デジタル信号は先に記載した通りデジタル設定点
を作り出す。電圧変換器／調整器５５は調整済み電力を
機器回路に提供する。
【００５５】二つの端子５１と５２でのデジタル信号
は、制御室から通信され、機器への初期制御信号として
働く。図８に示された回路に於いては、プロセス制御の
アルゴリズムとサーボのアルゴリズムを提供するのにマ
イクロプロセッサ５９が使われる。先に記載した通り、
マイクロコントローラ５９に対して外部にあるサーボア
ルゴリズムもまた、デジタルのサーボアルゴリズムの代
わりに使うことが出来る。
は、制御室から通信され、機器への初期制御信号として
働く。図８に示された回路に於いては、プロセス制御の
アルゴリズムとサーボのアルゴリズムを提供するのにマ
イクロプロセッサ５９が使われる。先に記載した通り、
マイクロコントローラ５９に対して外部にあるサーボア
ルゴリズムもまた、デジタルのサーボアルゴリズムの代
わりに使うことが出来る。
【００５６】電空段３５を制御するのにマイクロコント
ローラ５９に於けるサーボアルゴリズムの出力を使う。
ローラ５９に於けるサーボアルゴリズムの出力を使う。
【００５７】例えば、トランスデューサ用の圧力センサ
又は位置決め装置用の位置センサとする事が出来る出力
帰還センサ５０は、アナログ入力回路５６に戻って結合
される信号を発生し、マイクロコントローラ５９に於け
るサーボアルゴリズムでのエラー信号を生じて、サーボ
アルゴリズムに依存して、帰還値を通信する。此の装置
は、二本の導体５１と５１に亙って装置の電源供給と同
時にデジタル通信の受信または送信を可能にする。送信
と受信の回路５８、インピーダンス制御装置５７及び可
変インピーダンス装置５３に接続されたマイクロコント
ローラ５９は、ゼロの平均値を持つ端子５１と５２でデ
ジタル的に解読された電流または電圧の信号を生じるの
に使われる。デジタルデータを受信するには、機器は送
信と受信の回路５８を使って、端子５１と５２でデジタ
ル的に解読された電流信号を受信し、入力用に適したレ
ベルを、其れが解読されるマイクロコントローラ５９へ
提供する。
又は位置決め装置用の位置センサとする事が出来る出力
帰還センサ５０は、アナログ入力回路５６に戻って結合
される信号を発生し、マイクロコントローラ５９に於け
るサーボアルゴリズムでのエラー信号を生じて、サーボ
アルゴリズムに依存して、帰還値を通信する。此の装置
は、二本の導体５１と５１に亙って装置の電源供給と同
時にデジタル通信の受信または送信を可能にする。送信
と受信の回路５８、インピーダンス制御装置５７及び可
変インピーダンス装置５３に接続されたマイクロコント
ローラ５９は、ゼロの平均値を持つ端子５１と５２でデ
ジタル的に解読された電流または電圧の信号を生じるの
に使われる。デジタルデータを受信するには、機器は送
信と受信の回路５８を使って、端子５１と５２でデジタ
ル的に解読された電流信号を受信し、入力用に適したレ
ベルを、其れが解読されるマイクロコントローラ５９へ
提供する。
【００５８】図７にある一対のライン142 上での二線プ
ロセス発信器140 からと言った補助可変入力DC電流を感
知する為の補助電流センサ146 が図８に示されている。
此の電流は、マイクロコントローラ５９に含まれている
プロセスアルゴリズムへのフィードバックとして使われ
る。図７に於けるプロセス発信器140 は、圧力、温度、
流れ或いは幾つかのその他のプロセス関連の変数を感知
し、其の一対の導体142 は端子５１と１５に接続され
る。発信器140 によって制御され、其のプロセス変数を
表す可変DC電流は、図８に於ける補助電流センサ146 に
よって感知される。センサー146 が感知する電流を使っ
てのマイクロコントローラ５９の作動は、図９に於いて
もっと詳細に図解される。
ロセス発信器140 からと言った補助可変入力DC電流を感
知する為の補助電流センサ146 が図８に示されている。
此の電流は、マイクロコントローラ５９に含まれている
プロセスアルゴリズムへのフィードバックとして使われ
る。図７に於けるプロセス発信器140 は、圧力、温度、
流れ或いは幾つかのその他のプロセス関連の変数を感知
し、其の一対の導体142 は端子５１と１５に接続され
る。発信器140 によって制御され、其のプロセス変数を
表す可変DC電流は、図８に於ける補助電流センサ146 に
よって感知される。センサー146 が感知する電流を使っ
てのマイクロコントローラ５９の作動は、図９に於いて
もっと詳細に図解される。
【００５９】図９の実施例では、補助電流センサ146 か
らの出力は、図８に示された通りアナログ入力回路へ接
続され、次にマイクロプロセッサ５９へと接続される。
マイクロプロセッサ５９の内部では、此の補助信号は、
其れがデジタル復号ソフトウェアー112 から来ているデ
ジタル的に由来する設定点114 に比較されるプロセスア
ルゴリズム116 に対するプロセス帰還信号となる。回路
４２（図７）に於ける送信と受信の回路110 は一対の導
体上でデジタル信号を受信し、先に説明した通りマイク
ロコントローラ用に其れを復号して、設定点114 を確立
するソフトウェアー112 へ其れを結合する。プロセスア
ルゴリズム116 は、設定点114 をプロセス発信器140 か
らのデータと比較することによってサーボアルゴリズム
用の新しいサーボ設定点122 を生じる。サーボ設定点12
2 は次に、アナログ入力回路５６を介して帰還センサ５
０からの出力信号に対比される。サーボアルゴリズム12
4は次に、制御される装置がトランスデューサである場
合の機器出力圧力の制御のために、或いは、制御装置が
位置決め装置である場合に弁の位置の制御のために、電
空段３４に対してライン126 上で補正を生じる。代替的
な実施例では、プロセスまたはサーボのアルゴリズム11
6, 124は、マイクロコントローラ５９が既知の方法で監
視するアナログ回路とする事が出来る。先に記載した通
り、図８と９に示されたシステムは、端子５１と５２に
亙って制御室への及びそこからのデジタル信号を送信及
び受信するのに、更には、先に記載した通り電流センサ
146 からのアナログ信号を受信するのにも使うことが出
来る。
らの出力は、図８に示された通りアナログ入力回路へ接
続され、次にマイクロプロセッサ５９へと接続される。
マイクロプロセッサ５９の内部では、此の補助信号は、
其れがデジタル復号ソフトウェアー112 から来ているデ
ジタル的に由来する設定点114 に比較されるプロセスア
ルゴリズム116 に対するプロセス帰還信号となる。回路
４２（図７）に於ける送信と受信の回路110 は一対の導
体上でデジタル信号を受信し、先に説明した通りマイク
ロコントローラ用に其れを復号して、設定点114 を確立
するソフトウェアー112 へ其れを結合する。プロセスア
ルゴリズム116 は、設定点114 をプロセス発信器140 か
らのデータと比較することによってサーボアルゴリズム
用の新しいサーボ設定点122 を生じる。サーボ設定点12
2 は次に、アナログ入力回路５６を介して帰還センサ５
０からの出力信号に対比される。サーボアルゴリズム12
4は次に、制御される装置がトランスデューサである場
合の機器出力圧力の制御のために、或いは、制御装置が
位置決め装置である場合に弁の位置の制御のために、電
空段３４に対してライン126 上で補正を生じる。代替的
な実施例では、プロセスまたはサーボのアルゴリズム11
6, 124は、マイクロコントローラ５９が既知の方法で監
視するアナログ回路とする事が出来る。先に記載した通
り、図８と９に示されたシステムは、端子５１と５２に
亙って制御室への及びそこからのデジタル信号を送信及
び受信するのに、更には、先に記載した通り電流センサ
146 からのアナログ信号を受信するのにも使うことが出
来る。
【００６０】この様にして、図７、８及び９では、補助
トランスデューサー137 は、制御弁と言った装置１２の
作動に反応して、温度、圧力、流れ及び同様なプロセス
関連の変数と言った補助機能を感知し、其れに相当する
DC出力電気信号を発生する。
トランスデューサー137 は、制御弁と言った装置１２の
作動に反応して、温度、圧力、流れ及び同様なプロセス
関連の変数と言った補助機能を感知し、其れに相当する
DC出力電気信号を発生する。
【００６１】プロセス発信器140 は、補助トランスデュ
ーサ139 に結合され、通信機器４２の第一と第三の入力
端子５１と１５のそれぞれに対する第二の一対の第三と
第四の導体142 上でDC出力電流を発生する。アナログ回
路５６の第二の出力が先に記載した通り制御目的のため
の帰還信号としてマイクロコントローラ５９に結合され
る様に、補助電流検出装置146 は、出力信号をアナログ
回路に対して生じるための第一の端子５１に結合された
一つの入力と、第三の端子１５に結合された第二の入力
とを持つ。図９を再検討すると、第一のプロセスアナロ
グ116 は、端子５１と５２上の一対の入力導体からの入
力制御信号114 を補助電流センサ146 からのアナログ回
路５６の第一の出力と比較して、最初に補正された制御
信号122 を確立するためのマイクロコントローラ５９に
於ける第一の比較器とすることが出来、サーボアルゴリ
ズム124 は、最初に補正された制御信号またはサーボ設
定点信号122 を出力帰還センサからのアナログ回路５６
の第二の出力と比較して、電空出力段３５に結合され
て、其れを制御する第二の補正されたサーボ制御信号12
6 を確立するためのマイクロコントローラ５９に於ける
第二の比較器手段とする事が出来る。
ーサ139 に結合され、通信機器４２の第一と第三の入力
端子５１と１５のそれぞれに対する第二の一対の第三と
第四の導体142 上でDC出力電流を発生する。アナログ回
路５６の第二の出力が先に記載した通り制御目的のため
の帰還信号としてマイクロコントローラ５９に結合され
る様に、補助電流検出装置146 は、出力信号をアナログ
回路に対して生じるための第一の端子５１に結合された
一つの入力と、第三の端子１５に結合された第二の入力
とを持つ。図９を再検討すると、第一のプロセスアナロ
グ116 は、端子５１と５２上の一対の入力導体からの入
力制御信号114 を補助電流センサ146 からのアナログ回
路５６の第一の出力と比較して、最初に補正された制御
信号122 を確立するためのマイクロコントローラ５９に
於ける第一の比較器とすることが出来、サーボアルゴリ
ズム124 は、最初に補正された制御信号またはサーボ設
定点信号122 を出力帰還センサからのアナログ回路５６
の第二の出力と比較して、電空出力段３５に結合され
て、其れを制御する第二の補正されたサーボ制御信号12
6 を確立するためのマイクロコントローラ５９に於ける
第二の比較器手段とする事が出来る。
【００６２】図１０の回路に見られる通り、交換コンデ
ンサ電圧変換器150 が分流調整器５５と並列に付け加え
られて、制御回路用の端子152 上で電力を提供する。回
路の残りの部分は先に述べた通りの働きをする。分流調
整器５５と交換コンデンサ電圧変換器150 の詳細は、図
１１に開示されている。
ンサ電圧変換器150 が分流調整器５５と並列に付け加え
られて、制御回路用の端子152 上で電力を提供する。回
路の残りの部分は先に述べた通りの働きをする。分流調
整器５５と交換コンデンサ電圧変換器150 の詳細は、図
１１に開示されている。
【００６３】分流調整器５５は内部電力供給の電圧調整
器である。其れは、他の接続された回路からの変動電流
負荷を使ってループ電流の全範囲に亙って共通の接地さ
れた結合点174 （図１１に記載）に関して、実質的に一
定の電圧を結合点172 で供給する。制御回路に給電する
ためには不要なループの中を流れている一切の過剰電流
は、結合点172, 174間に結合されたＰＮＰトランジスタ
171 によって単に分流される。分流トランジスター171
の機能は、ゼナーダイオード、普通に入手できる分流調
整器の集積回路、又はトランジスタ回路と言ったその他
の回路によって提供することが出来る。図１１に示され
るとおりの回路５５に於いては、ライン154 上の電流セ
ンサ５４からの入力電圧ＶINは、結合点172 に結合され
る。ライン162 と、演算増幅器164 の非逆転入力とに対
して結合点160 の処で電圧基準ＶREF を提供するゼナー
ダイオード158 へ逆転励起電流を抵抗器156 が供給す
る。
器である。其れは、他の接続された回路からの変動電流
負荷を使ってループ電流の全範囲に亙って共通の接地さ
れた結合点174 （図１１に記載）に関して、実質的に一
定の電圧を結合点172 で供給する。制御回路に給電する
ためには不要なループの中を流れている一切の過剰電流
は、結合点172, 174間に結合されたＰＮＰトランジスタ
171 によって単に分流される。分流トランジスター171
の機能は、ゼナーダイオード、普通に入手できる分流調
整器の集積回路、又はトランジスタ回路と言ったその他
の回路によって提供することが出来る。図１１に示され
るとおりの回路５５に於いては、ライン154 上の電流セ
ンサ５４からの入力電圧ＶINは、結合点172 に結合され
る。ライン162 と、演算増幅器164 の非逆転入力とに対
して結合点160 の処で電圧基準ＶREF を提供するゼナー
ダイオード158 へ逆転励起電流を抵抗器156 が供給す
る。
【００６４】増幅器164 へのその他の入力は、172 での
電圧に於ける全ての変動が結合点170での変動を引き起
こす様に、結合点172, 174間の直列抵抗器の組み合わせ
166, 168から引き出される。増幅器164 はＰＮＰトラン
ジスタ171 のベースを駆動して、下記の方程式に従って
結合点17での電圧を調整する： ＶIN = ＶREF x (1 + R166 / R 168 ) ここで、ＶINは172 での調整済み電圧であり、ＶREF は
170 での基準電圧であり、更に、Ｒ166 / Ｒ168 は、選
ばれたＶREF を与えられた、希望する調整済み電圧Ｖ
REG を提供する様に選ばれた固定値である。
電圧に於ける全ての変動が結合点170での変動を引き起
こす様に、結合点172, 174間の直列抵抗器の組み合わせ
166, 168から引き出される。増幅器164 はＰＮＰトラン
ジスタ171 のベースを駆動して、下記の方程式に従って
結合点17での電圧を調整する： ＶIN = ＶREF x (1 + R166 / R 168 ) ここで、ＶINは172 での調整済み電圧であり、ＶREF は
170 での基準電圧であり、更に、Ｒ166 / Ｒ168 は、選
ばれたＶREF を与えられた、希望する調整済み電圧Ｖ
REG を提供する様に選ばれた固定値である。
【００６５】この様に、電圧調整器は端子５１と５２に
接続された一対の導体間に電流分流素子171 を含み、二
本の導体中を流れ且つ其の回路に給電するためには不要
な一切の過剰電流を分流する。電流分流素子は、端子５
２に関して電流センサ５４の出力で形成される電圧ＶIN
を持っている実質的に一定の電圧結合点172 を含む。
接続された一対の導体間に電流分流素子171 を含み、二
本の導体中を流れ且つ其の回路に給電するためには不要
な一切の過剰電流を分流する。電流分流素子は、端子５
２に関して電流センサ５４の出力で形成される電圧ＶIN
を持っている実質的に一定の電圧結合点172 を含む。
【００６６】演算増幅器164 は、第一と第二の入力、そ
れぞれ162 と170 、及び分流トランジスタ171 のベース
に対する出力を持つ。抵抗器156 及び直列結合されたゼ
ナーダイオード158 を含む回路は、ライン162 上で増幅
器164 の第一の入力に結合された結合点160 を持つ。抵
抗器166, 168で形成された直列回路は、端子５１、５２
間に接続され、抵抗器168 両端に生じる電圧をライン17
0 上の演算増幅器164 の第二入力へ結合する。トランジ
スタ171 は、結合点172, 174間に結合された其のエミッ
タとコレクタを持ち、其れは一対の導体に亙って入力端
子５１と５２へ結合される。実質的に一定の電圧結合点
172 の電圧が下記の方程式に従って調整される様に、演
算増幅器164 の出力がトランジスタ171 のベースへ結合
される： ＶIN = ＶREF x 1 + (R 1 / R 2 ) 結合点172, 174での電圧調整器の出力は、交換コンデン
サ電圧変換器150 へ結合され、実質的にＶIN、ＶIN／２
及び-VIN／２の電圧を生ずる。交換コンデンサ電圧変換
器150 に対する入力ライン172, 174間のコンデンサ176
は、交換コンデンサ電圧変換器150 に結合されているラ
イン172 上の調整済み電圧を濾過する。
れぞれ162 と170 、及び分流トランジスタ171 のベース
に対する出力を持つ。抵抗器156 及び直列結合されたゼ
ナーダイオード158 を含む回路は、ライン162 上で増幅
器164 の第一の入力に結合された結合点160 を持つ。抵
抗器166, 168で形成された直列回路は、端子５１、５２
間に接続され、抵抗器168 両端に生じる電圧をライン17
0 上の演算増幅器164 の第二入力へ結合する。トランジ
スタ171 は、結合点172, 174間に結合された其のエミッ
タとコレクタを持ち、其れは一対の導体に亙って入力端
子５１と５２へ結合される。実質的に一定の電圧結合点
172 の電圧が下記の方程式に従って調整される様に、演
算増幅器164 の出力がトランジスタ171 のベースへ結合
される： ＶIN = ＶREF x 1 + (R 1 / R 2 ) 結合点172, 174での電圧調整器の出力は、交換コンデン
サ電圧変換器150 へ結合され、実質的にＶIN、ＶIN／２
及び-VIN／２の電圧を生ずる。交換コンデンサ電圧変換
器150 に対する入力ライン172, 174間のコンデンサ176
は、交換コンデンサ電圧変換器150 に結合されているラ
イン172 上の調整済み電圧を濾過する。
【００６７】電圧変換器150 は、本技術で既知の切り換
え装置178 と追加出力を発生する追加回路で構成され
る。
え装置178 と追加出力を発生する追加回路で構成され
る。
【００６８】コンデンサ176, 200, 216 は、商業的に入
手できる交換コンデンサ電圧変換器の集積回路に関する
応用手記に完全に記載されている既知の方法で、切り換
え装置178 との関連で働き、214 に関して220 における
入力電圧の本質的に半分である218 における電圧を生じ
る。
手できる交換コンデンサ電圧変換器の集積回路に関する
応用手記に完全に記載されている既知の方法で、切り換
え装置178 との関連で働き、214 に関して220 における
入力電圧の本質的に半分である218 における電圧を生じ
る。
【００６９】コンデンサ202, 212及びダイオード206, 2
08は、本技術でも普通であり、既知の充電ポンプ回路を
形成する。
08は、本技術でも普通であり、既知の充電ポンプ回路を
形成する。
【００７０】交換コンデンサ電圧変換器178 の通常の機
能としての結合点198 は交互に結合点218, 214に接続さ
れる。此の交互接続は、充電ポンプ回路により負電圧へ
簡単に変換されるAC信号を生じる。示された通りの充電
ポンプ回路の出力は、結合点214 に関しては負であり、
ダイオード206, 208の順電圧降下を差し引いた装置178
の出力にほぼ相当する大きさを持つことになる。
能としての結合点198 は交互に結合点218, 214に接続さ
れる。此の交互接続は、充電ポンプ回路により負電圧へ
簡単に変換されるAC信号を生じる。示された通りの充電
ポンプ回路の出力は、結合点214 に関しては負であり、
ダイオード206, 208の順電圧降下を差し引いた装置178
の出力にほぼ相当する大きさを持つことになる。
【００７１】電圧変換回路150 の新規性は、交換コンデ
ンサ電圧変換器と充電ポンプの二つの公知技術のユニー
クな組み合わせであり、二線導体の４から２０ミリアン
ペア被制御装置にユニークに適合される多重出力の高度
に効率的な電力供給を生じる。
ンサ電圧変換器と充電ポンプの二つの公知技術のユニー
クな組み合わせであり、二線導体の４から２０ミリアン
ペア被制御装置にユニークに適合される多重出力の高度
に効率的な電力供給を生じる。
【００７２】この様に、新規な機器４３がアクチュエー
タを駆動するためのデジタルとDCの両方の信号を使って
遠隔場所から制御システムと通信することがわかる。機
器４２は、同じ二つの入力端子５１と５２上で４から２
０ミリアンペア可変DCアナログ制御信号とデジタル通信
制御信号の両方を受信するために第一と第二の入力端子
５１と５２を有する。機器４３は、入力制御信号をアク
チュエータ駆動圧力へ変換する回路４２を含む。空気圧
配管は、入力のデジタルまたはDCの制御信号に応答して
図３に示された通り出力駆動圧力をアクチュエータ１６
に結合する。機器４３は機器とアクチュエータの状態信
号を受信し、其れらをデジタル信号に変換して、一対の
導体上で制御室３２への送信のために第一と第二の端子
５１と５２にデジタル信号を結合し、更に制御室からデ
ジタル通信信号を受信して、アクチュエータへの空気圧
駆動信号を発生する。
タを駆動するためのデジタルとDCの両方の信号を使って
遠隔場所から制御システムと通信することがわかる。機
器４２は、同じ二つの入力端子５１と５２上で４から２
０ミリアンペア可変DCアナログ制御信号とデジタル通信
制御信号の両方を受信するために第一と第二の入力端子
５１と５２を有する。機器４３は、入力制御信号をアク
チュエータ駆動圧力へ変換する回路４２を含む。空気圧
配管は、入力のデジタルまたはDCの制御信号に応答して
図３に示された通り出力駆動圧力をアクチュエータ１６
に結合する。機器４３は機器とアクチュエータの状態信
号を受信し、其れらをデジタル信号に変換して、一対の
導体上で制御室３２への送信のために第一と第二の端子
５１と５２にデジタル信号を結合し、更に制御室からデ
ジタル通信信号を受信して、アクチュエータへの空気圧
駆動信号を発生する。
【００７３】斯くして、トランスデューサ装置を制御で
きるのみならず、更に制御器への送信のために其の装置
またはアクチュエータの診断に関係した機器へ情報を流
すことができる様に、可変ＤＣアナログ制御信号とデジ
タル通信の両方とを使って、一対の二線導体に亙って制
御システムとトランスデューサの入力端子との間での通
信を可能にする新規の遠隔トランスデューサ機器が開示
された。診断は、温度、圧力、位置並びに同様な物と言
った装置またはアクチュエータ１０と関連した作動上の
データに関係する。この様に、一対の導体は、トランス
デューサのＤＣとデジタルの両方で制御される診断ルー
チン（日常操作）の実施を可能にする。
きるのみならず、更に制御器への送信のために其の装置
またはアクチュエータの診断に関係した機器へ情報を流
すことができる様に、可変ＤＣアナログ制御信号とデジ
タル通信の両方とを使って、一対の二線導体に亙って制
御システムとトランスデューサの入力端子との間での通
信を可能にする新規の遠隔トランスデューサ機器が開示
された。診断は、温度、圧力、位置並びに同様な物と言
った装置またはアクチュエータ１０と関連した作動上の
データに関係する。この様に、一対の導体は、トランス
デューサのＤＣとデジタルの両方で制御される診断ルー
チン（日常操作）の実施を可能にする。
【００７４】一対の導体に提示されるインピーダンスを
変更して、必要に応じて低インピーダンスでアナログ信
号通信と高インピーダンスでデジタル通信の両方を可能
にするために、システムによって使用され、一対の第一
と第二の入力導体に結合された新規なインピーダンス変
換回路も開示された。
変更して、必要に応じて低インピーダンスでアナログ信
号通信と高インピーダンスでデジタル通信の両方を可能
にするために、システムによって使用され、一対の第一
と第二の入力導体に結合された新規なインピーダンス変
換回路も開示された。
【００７５】更に、通信システム中に含まれるプロセス
制御アルゴリズムへの帰還として使うことの出来る補助
的なアナログ入力を受け入れるための新規な回路が開示
された。補助入力DC電流は、可変インピーダンスと補助
電流検出装置を使うことによって、圧力、温度、流れ又
は其の他幾つかのプロセスに関連した変数を感知するプ
ロセス発信器からとすることも出来る。制御室へデジタ
ル信号を送信して、信号を受信するのに、並びに、補助
プロセス発信器からのアナログ信号の送信を受信するの
にも此の新規な機器を使うことが出来る。
制御アルゴリズムへの帰還として使うことの出来る補助
的なアナログ入力を受け入れるための新規な回路が開示
された。補助入力DC電流は、可変インピーダンスと補助
電流検出装置を使うことによって、圧力、温度、流れ又
は其の他幾つかのプロセスに関連した変数を感知するプ
ロセス発信器からとすることも出来る。制御室へデジタ
ル信号を送信して、信号を受信するのに、並びに、補助
プロセス発信器からのアナログ信号の送信を受信するの
にも此の新規な機器を使うことが出来る。
【００７６】最後に、其の入力端子で最低のDC電圧で４
から２０ミリアンペアＤＣ電流のレベルを受け入れるた
め、並びに、通信、モニター及び制御の回路で使うため
に降圧した調整済み出力電圧を提供するための新規な電
圧調整器と交換コンデンサ電圧変換器を開示した。
から２０ミリアンペアＤＣ電流のレベルを受け入れるた
め、並びに、通信、モニター及び制御の回路で使うため
に降圧した調整済み出力電圧を提供するための新規な電
圧調整器と交換コンデンサ電圧変換器を開示した。
【００７７】この様に、本発明は、低電圧マイクロプロ
セッサを交換コンデンサ電圧変換と４から２０DCミリア
ンペア作動のための要件を満足するための新規な可変イ
ンピーダンス特性と、並びに、一対の導体上での双方向
のデジタル通信とを組み合わせる。
セッサを交換コンデンサ電圧変換と４から２０DCミリア
ンペア作動のための要件を満足するための新規な可変イ
ンピーダンス特性と、並びに、一対の導体上での双方向
のデジタル通信とを組み合わせる。
【００７８】本発明は望ましい実施例との関係で説明さ
れて来た一方では、発明の範囲を規定された特定の形態
に制限することは意図されておらず、逆に、請求項によ
り定義される通り、発明の精神と範囲の中に含むことの
出来る類の代替え的方法、改良、並びに、其れに相当す
る物を保護することが意図されている。
れて来た一方では、発明の範囲を規定された特定の形態
に制限することは意図されておらず、逆に、請求項によ
り定義される通り、発明の精神と範囲の中に含むことの
出来る類の代替え的方法、改良、並びに、其れに相当す
る物を保護することが意図されている。
【図１】本発明によって制御することの出来る隔膜作動
式の制御弁の前側図である。
式の制御弁の前側図である。
【図２】図１の制御弁の空気圧アクチュエータ部の側面
図である。
図である。
【図３】図１と２の空気圧アクチュエータの制御の概略
図面である。
図面である。
【図４】図４Ａは、図１の制御弁のような位置決め装置
を作動する従来技術の制御システムの概略図である。図
４Ｂは、図１に開示された様な弁位置決め装置を制御す
るための回路においてDC電流とデジタルデータの両方を
利用している本発明の制御システムの概略図である。
を作動する従来技術の制御システムの概略図である。図
４Ｂは、図１に開示された様な弁位置決め装置を制御す
るための回路においてDC電流とデジタルデータの両方を
利用している本発明の制御システムの概略図である。
【図５】単一の２本線導体入力口で制御信号を受信し、
位置決め装置またはトランスデューサ用の電空駆動器に
出力制御信号を提供し且つ位置決め装置またはトランス
デューサ用のフィードバック（帰還）信号を受信するた
めの本発明の回路のブロック図である。
位置決め装置またはトランスデューサ用の電空駆動器に
出力制御信号を提供し且つ位置決め装置またはトランス
デューサ用のフィードバック（帰還）信号を受信するた
めの本発明の回路のブロック図である。
【図６】図５の回路の一部の詳細図である。
【図７】圧力、温度、流れ及び同様な物と言ったプロセ
ス変数の入力のための第二の一対の導体からの補助的な
アナログ入力信号を含む本発明のブロック図である。
ス変数の入力のための第二の一対の導体からの補助的な
アナログ入力信号を含む本発明のブロック図である。
【図８】図７の補助的なアナログ入力の制御信号を受信
するために補助的な電流検出器（センサ）を使っている
システムの簡略化した概略図である。
するために補助的な電流検出器（センサ）を使っている
システムの簡略化した概略図である。
【図９】補助的な電流検出器回路の追加した機器制御機
能を図解しているシステムのブロック図である。
能を図解しているシステムのブロック図である。
【図１０】制御回路のための電力を提供するために交換
コンデンサ電圧変換器を更に含む本発明のブロック図で
ある。
コンデンサ電圧変換器を更に含む本発明のブロック図で
ある。
【図１１】交換コンデンサ電圧変換器と分流調整器の詳
細な概略回路図である。
細な概略回路図である。
10…制御弁
12…弁本体
14…ロッド
16…アクチュエータ
18…流体圧力源
19…帰還結合部
20…位置決め装置
24…制御ライン
32…制御器
34…トランスデューサ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 ブルース エフ． グランストルプ
アメリカ合衆国 50158 アイオワ マ
ーシャルタウン エス． エイス スト
リート 2306
(72)発明者 ジョージ ダブリュ． ガスマン
アメリカ合衆国 50158 アイオワ マ
ーシャルタウン エヌ． ナインス ス
トリート 418
(56)参考文献 特開 昭61−70827（ＪＰ，Ａ)
欧州特許出願公開101528（ＥＰ，Ａ
１)
欧州特許出願公開244808（ＥＰ，Ａ
１)
米国特許4633217（ＵＳ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H04L 5/14
Claims (30)
- 【請求項１】 制御システム（３２）と遠隔トランスデ
ューサ（３４）との間の通信用のシステムであって、 可変アナログＤＣ電流信号をトランスデューサ（３４）
へ運んで、トランスデューサに選択的な仕事をさせるた
めに制御システム（３２）とトランスデューサとの間に
接続された第一導体と第二導体との一対（３３）と、 第一導体と第二導体との一対（３３）に接続された第一
入力端子（５１）および第二入力端子（５２）を有し、
さらに、トランスデューサ（３４）に接続された出力を
有しており、可変アナログＤＣ制御信号を選択的にトラ
ンスデューサに結合し、デジタル的に符号化された通信
信号を第一導体と第二導体との同じ一対（３３）にわた
って入力端子（５１、５２）と制御システム（３２）と
の間で送信できるようにされた、上記トランスデューサ
（３４）を含んでなる機器（４３）とを備えているシス
テムにおいて、 該機器（４３）が、同時のアナログ信号通信とデジタル
信号通信とを可能にする回路手段（４２）を含んでお
り、 この回路手段（４２）が、 上記第一入力端子（５１）に直列に接続された可変イン
ピーダンス・ライン・インターフェース要素（５３）
と、 該可変インピーダンス・ライン・インターフェース回路
（５３）に接続され、可変アナログＤＣ制御信号用の第
一の許容インピーダンスと、デジタル符号化された通信
信号を制御システム（３２）から受信し且つそれに送信
するための第二の実質的により高く且つ比較的一定のイ
ンピーダンスとを提供するためのインピーダンス制御手
段（５７）とを備えてなることを特徴とするシステム。 - 【請求項２】 上記機器が、制御手段（５７）および一
対の導体端子（５１、５２）に接続され、必要に応じて
一対の導体（３３）上のデジタル情報を、符号化し、濾
過し、干渉し、復調し、蓄積し、および／または直列か
ら並列に変換することにより、第二の実質的により高い
周波数にて一対の導体（３３）上の制御システム（３
２）からデジタル通信信号を受信するための送受信器
（５８）を含んでおり、 該送受信器（５８）が、必要に応じてデジタル信号を、
変換し、変調し、および／または、波形変形し、並び
に、その信号をインピーダンス制御手段（５７）に結合
することによってデジタル情報を制御システム（３２）
に連続的に送信し、そして、 上記インピーダンス制御手段（５７）が、可変インピー
ダンス要素（５３）によってインピーダンスを制御し、
それにより、デジタル通信用の可変ＤＣ周波数帯用およ
び第二の実質的により高い周波数帯用の端子（５１、５
２）に接続された一対の導体の端子電圧とループ電流と
に影響を与える、請求項１記載のシステム。 - 【請求項３】 トランスデューサに接続されたアクチュ
エータ（１６）と、入力端子（５１）の一つと直列接続
され且つ入力と出力とを有する電流センサ要素（５４）
と、 電流センサ要素（５４）の入力に結合され、一対の導体
（３５）からＤＣアナログ入力制御信号を抽出し、望ま
しい出力信号をアクチュエータ（１６）に提供するアナ
ログ回路（５６）とをさらに含んでなる請求項２記載の
システム。 - 【請求項４】 アクチュエータ（１６）からアナログ入
力回路（５６）へのフィードバック信号に結合されて、
第二の周波数で一対の導体（３３）上での制御システム
（３２）へのデジタル送信のために、温度、流れおよび
圧力などのトランスデューサ（３４）とアクチュエータ
（１６）との物理的性状を監視する電気導体（６８）
と、 アナログ入力回路（５６）と送受信器（５８）に接続さ
れて、第一の可変アナログＤＣ周波数帯において一対の
導体（３３）上で受信されたデジタル通信信号を処理
し、一対の導体（３３）上のデジタル通信周波数をトラ
ンスデューサ（４３）とアクチュエータ（１６）のその
他のプロセス変数を表示する制御システム（３２）へ送
信するマイクロコントローラ回路（５９）とをさらに含
んでなる請求項３記載のシステム。 - 【請求項５】 上記入力端子（５１、５２）に対して直
列にされた入力および出力の端子と制御用端子とを有す
る、少なくとも一個の半導体要素（５３）を備えてお
り、 上記インピーダンス制御手段（５７）が、所望のインピ
ーダンス特性を提供するために、上記少なくとも一個の
半導体要素（５３）に接続されてなる請求項１記載のシ
ステム。 - 【請求項６】 少なくとも一個の半導体要素（５３）
が、ドレーンとソースとゲートとを、該ドレーンとソー
スとゲートとが上記入力端子（５１）に対して直列にな
るように備えており、 上記インピーダンス制御要素手段（５７）が、所望のイ
ンピーダンス特性を提供するために、ＮチャンネルＦＥ
Ｔ（５３）のゲートに接続されてなる請求項５記載のシ
ステム。 - 【請求項７】 アクチュエータ（１６）の閉鎖ループ制
御用の信号を発生させるためにアクチュエータ（１６）
に接続されたフィードバック回路（５０）と、 フィードバックセンサ回路信号をアナログ回路（５６）
に結合するための導体手段（６８）と、 アナログ回路（５６）からのフィードバック信号を受信
し、その閉鎖ループを完結するために、送受信器（５
８）およびアナログ回路（５６）に接続されたマイクロ
プロセッサ（５９）とをさらに備えてなる請求項３記載
のシステム。 - 【請求項８】 アクチュエータ（１６）の作動に応答し
て、温度、流れおよびその他の同様なプロセスに関する
変数などの補助的な作用を検出し、それに対応する出力
電流信号を発生する補助的なトランスデューサ（１３
７）と、 第三導体および第四導体の第二対（１４２）上に可変Ｄ
Ｃ信号を発生させるために補助トランスデューサ（１３
７）に接続されたプロセス発信器（１４０）と、 アナログ回路（５８）に接続された機器（４２）上の第
三入力端子（１５）と、 第一入力と第二入力とアナログ回路（５６）に接続され
た出力とを有する補助電流検出装置であって、第一入力
が第一入力端子（５１）に接続され、第二入力が第三端
子（１５）に接続され、アナログ回路（５６）の第二出
力がフィードバック信号としてマイクロプロセッサ（５
９）に接続されるように、アナログ回路（５６）に対し
て出力信号を発生させる上記補助電流検出装置とをさら
に備えてなる請求項３記載のシステム。 - 【請求項９】 第一導体および第二導体の第一対（１１
１）上における送受信器（１１０）からの設定点として
の入力制御信号（１１２）を、アナログ回路（５６）の
第二出力（１１８）と比較して、第一修正制御信号（１
２２）を確立する第一比較器手段（１１６）と、 第一修正制御信号（１２２）をアナログ回路（５６）の
第一出力（１１９）と比較して、その機器（４３）に結
合されてその機器（４３）を制御する第二修正制御信号
（１２６）を確立するためのマイクロプロセッサにおけ
る第二比較器手段（１２４）とをさらに備えてなる請求
項８記載のシステム。 - 【請求項１０】 上記第一比較器手段（１１６）がプロ
セスアルゴリズムであり、上記第二比較器手段（１２
４）がサーボアルゴリズムである請求項９記載のシステ
ム。 - 【請求項１１】 上記第一比較器手段（１１６）が第一
アナログ比較器であり、上記第二比較器手段（１２４）
が第二アナログ比較器である請求項９記載のシステム。 - 【請求項１２】 制御システム（３２）と遠隔トランス
デューサ（３４）との間の通信用のシステムであって、 遠隔トランスデューサ（３４）に接続された第三導体お
よび第四導体の第二対（１４２）上に、可変アナログＤ
Ｃ信号を発生させるためのプロセス発信器（１４０）を
さらに備えてなる請求項１記載のシステム。 - 【請求項１３】 上記プロセス発信器（１４０）からの
可変アナログＤＣ信号が、第一周波数を有する上記遠隔
機器（４３）に接続された第三および第四の導体（１４
２）において４〜２０ミリアンペアの幅を持ち、 デジタルに符号化された通信信号が、実質的に５００〜
５０００ヘルツの周波数帯である第二の実質的により高
い周波数を有してなる請求項１２記載のシステム。 - 【請求項１４】 上記回路手段（４２）が、 第一および第二の入力端子（５１、５２）に接続され
て、第一導体および第二導体の一対（３３）上のデジタ
ルに符号化された通信信号に対応するデジタル情報を蓄
積することにより、第二の実質的により高い周波数に
て、第一導体および第二導体の一対上の制御システム
（３２）からのデジタルに符号化された通信信号を受信
するための送受信器（５８）を含んでおり、 該送受信器（５８）が、デジタルに符号化された通信信
号をインピーダンス制御手段（５７）に結合することに
より、デジタル情報を制御システムに送信するし、そし
て、 インピーダンス制御手段（５７）が、可変インピーダン
ス・ライン・インターフェイス要素（５３）を制御する
ことにより、デジタル通信のための上記第一および第二
の入力端子（５１、５２）に接続された第一と第二の導
体からなる一対（３３）の導体の端子電圧とループ電流
に影響を与えるようにされてなる請求項１２または１３
に記載のシステム。 - 【請求項１５】 運転装置（３５）に接続されたアクチ
ュエータ（１６）と、 遠隔機器（４３）上に配設された第三の入力端子（１
５）と、 第三の入力端子（１５）に直列接続された電流センサ要
素（１４６）と、 第三および第四の導体の上記第二の対（１４２）から可
変アナログＤＣ信号を抽出するために、電流センサ要素
に接続されたアナログ入力回路（５６）とを備えてなる
請求項１４記載のシステム。 - 【請求項１６】 プロセス発信器（１４０）の作動に応
答して、補助的な機能を検出し、それに相当する、電流
センサ要素の出力としての出力電流信号を生じる補助セ
ンサ（１３７）と、 第一および第二の入力とアナログ入力回路に接続された
出力とを有する補助電流検出装置（１４６）であって、
上記検出装置の第一入力が第二端子（５２）に接続さ
れ、および検出装置の第二入力が上記遠隔装置（４３）
の第三端子（１５）に接続され、それにより、アナログ
入力回路（５６）の出力がマイクロプロセッサ（５９）
に接続されるように、アナログ入力回路（５６）の第二
出力を発生させる補助電流検出装置（１４６）とをさら
に備えてなる請求項１５記載のシステム。 - 【請求項１７】 上記遠隔機器（４３）が診断動作を実
行するようにされてなる請求項１〜１６のいずれか一の
項に記載のシステム。 - 【請求項１８】 制御システム（３２）と遠隔機器（４
３）との間の双方向のデジタル通信が２−ワイヤループ
通信として、２−ワイヤループによって達成され、その
あいだ同時に２−ワイヤによって遠隔機器（４３）のＤ
Ｃ給電および制御がなされる請求項１〜１７のいずれか
一の項に記載のシステム。 - 【請求項１９】 上記回路手段（４２）が、上記遠隔機
器（４３）の診断情報を受信し、且つ、デジタルに符号
化された通信信号を制御システム（３２）に送信するた
めのマイクロプロセッサ（５９）を有してなる請求項１
８記載のシステム。 - 【請求項２０】 トランスデューサ（３４）を通してア
クチュエータ（１６）を駆動するために、デジタルおよ
び可変アナログＤＣ制御信号の両方を使って遠隔場所か
ら第一および第二の導体からなる一対（３３）を通して
制御システム（３２）と通信するための機器であって、 同じ二つの入力端子（５１、５２）上で４−２０ミリア
ンペア可変アナログ制御信号と双方向のデジタル通信制
御信号との両方を受信するための第一および第二の入力
端子（５１、５２）と、 入力制御信号をアクチュエータ駆動信号へ変換するため
の回路手段（４２）であって、アクチュエータ応答信号
が駆動信号に対するアクチュエータの反応を確認するた
めの回路手段（４２）に結合されたものであり、第一お
よび第二の入力端子（５１、５２）に接続された可変イ
ンピーダンス要素（５３）を備えていることを特徴とす
る回路手段（４２）と、 可変インピーダンス要素（５３）に接続されて、受信ま
たは送信されるアナログ制御信号とデジタル信号に従っ
てトランスデューサの入力インピーダンスを変えるため
のインピーダンス制御装置（５７）とを備えており、 単一の二線導体ライン上でトランスデューサ（３４）と
制御システムへのアクチュエータ（１６）とに関係する
デジタル情報信号の送信のために、さらには、制御シス
テムからデジタル指令信号を受信するために、第一およ
び第二の端子にデジタル信号発生手段（５９）が接続さ
れてなる機器。 - 【請求項２１】 デジタル信号発生手段が送受信器に接
続されたマイクロプロセッサ（５９）を含み、受信され
たデジタルまたはＤＣ信号を処理し、受信された信号に
従ってアクチュエータに質問して好ましいアクチュエー
タの状態を得て、制御システム（３２）への送信のため
に、相当するデジタル信号を発生する請求項２０記載の
機器。 - 【請求項２２】 一対（３３）の導体の一方と直列に接
続され且つ入力と出力とを備えた電流検出要素（５４）
と、電流検出要素の入力に接続されて一対の導体からＤ
Ｃアナログ制御信号を抽出して望ましい出力信号をマイ
クロプロセッサ（５９）に提供するアナログ回路（５
６）とをさらに含んでなる請求項２１記載の機器。 - 【請求項２３】 実質的に一定の電圧を維持するための
電圧調整器（５５）と、アクチュエータ（１６）から状
態信号を発生してこれをフィードバック制御信号として
マイクロプロセッサ（５９）に結合するための補助電流
検出要素（１４６）とをさらに含んでなる請求項２２記
載の機器。 - 【請求項２４】 第三入力端子（１５）と、 第一および第三の入力端子に結合された信号を生じるた
めの二線導体プロセッサ送信器（１４０）と、 二線導体プロセッサ送信器からの信号を検出して、信号
をマイクロプロセッサ（５９）に結合する補助電流セン
サ（１４６）と、 補助電流センサ（１４６）から受信した信号を処理して
保存するために使用されるマイクロプロセッサ（５９）
とをさらに含んでなる請求項２３記載の機器。 - 【請求項２５】 運転装置（１６）に接続され、且つ、
一対（３３）のワイヤによって制御システム（３２）に
遠隔的に接続された通信機器であって、 この機器にＤＣ給電するための電圧調整器（５５）と、 アナログＤＣ制御信号を選択的に受信して上記運転装置
（１６）を制御するために上記一対（３３）のワイヤに
接続されており、そして、補完的なデータに関する双方
向のデジタル的に符号化された通信信号を上記一対のワ
イヤを通じて上記機器（４３）と制御システム（３２）
とのあいだに通信することを可能にする通信回路（４
２）とを備えた通信機器において、 該通信回路（４２）がアナログおよびデジタルの通信が
可能にされており、上記通信回路（４２）が、可変イン
ピーダンス・ライン・インターフェイス要素（５３）
と、可変インピーダンス・ライン・インターフェイス要
素（５３）に接続されたインピーダンス制御手段（５
７）とを備えて、アナログＤＣ制御信号のための第一イ
ンピーダンスと第二の実質的により高く比較的一定なイ
ンピーダンスとを供給し、制御システム（３２）からデ
ジタルに符号化された通信信号を受信することを特徴と
する通信機器。 - 【請求項２６】 アクチュエータ（１６）のフィードバ
ック信号をアナログ入力回路（５６）に結合して、第二
の周波数で一対の導体（３３）上での制御システム（３
２）へのデジタル送信のために温度、流れおよび圧力の
ような、トランスデューサ（４３）とアクチュエータ
（１６）との物理的性状を監視する電気導体（６８）
と、 アナログフィードバック信号を受信するためにアナログ
入力回路（５６）に接続されたマイクロプロセッサ（５
９）とを備えており、 該マイクロプロセッサ（５９）がアナログ入力回路（５
６）から受信した信号を処理し且つ蓄積するようにされ
てなる請求項２５記載の通信機器。 - 【請求項２７】 上記フィードバック信号が運転装置
（１６）の診断情報を表すようにされてなる請求項２６
記載の通信機器。 - 【請求項２８】 上記通信回路（４２）が、制御システ
ム（３２）から一対（３３）のワイヤを通じて第二の実
質的により高い周波数によってデジタルに符号化された
通信信号を受信するための送受信器（５８）をさらに含
んでおり、 該送受信器（５８）が、デジタルに符号化された信号を
インピーダンス制御手段（５７）に結合することにより
デジタル情報を制御システム（３２）に送信するように
されており、 上記インピーダンス制御手段（５７）が、可変インピー
ダンス要素（５３）によって第一および第二のインピー
ダンスを制御し、それにより、デジタル信号通信用の第
二の実質的により高い周波数およびＤＣ制御信号／通信
の両方のための一対（３３）のワイヤの端子電圧とルー
プ電流とに影響を与えるようにされてなる、請求項２５
記載の通信機器。 - 【請求項２９】 一対の線（３５）を通じて制御システ
ム（３２）からデジタル指令信号が受信されるようにさ
れ、運転装置（１６）の運転データを表すデジタル信号
を制御システム（３２）に戻すようにされたデジタル信
号処理手段（５９）をさらに備えてなる請求項２５記載
の通信機器。 - 【請求項３０】 弁本体（１２）に機械的に連結された
バルブアクチュエータ（１６）に制御圧を供給するよう
にされた通信機器であって、 上記一対（３３）のワイヤを通じて所望の弁位置を示す
設定点信号を受信するための手段（５１、５２）と、 弁位置を検出するための手段（５０）であって、検出さ
れた弁位置がフィードバックユニット（５０）内で確定
されるようにされた、弁位置を検出するための手段（５
０）と、 所望の弁位置と検出弁位置との関数として指令出力を供
給するための手段（５８、５９）とを備えてなる請求項
２６〜２９のいずれか一の項に記載の通信機器。
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